JP2015506091A - 光を非対称に伝搬させる発光デバイス - Google Patents

Abstract

固体光源(たとえば、発光ダイオード)を利用する一般的な照明用の様々な発光デバイスを開示する。概して、これらのデバイスは、抽出素子と組み合わされた散乱素子を含む。散乱素子は、弾性散乱中心および/または非弾性散乱中心を含んでよく、光源素子から間隔を置いて配置される。散乱素子の両側には、非対称的な光学的界面を有し、発光素子に面する界面と散乱素子と抽出素子との間の界面とは屈折率が著しく異なる。そのような構造では、散乱素子からの光が順方向に散乱することが好ましい。言い換えれば、このシステムでは、光が光源素子の方へ後方散乱するよりも散乱素子から抽出素子内に散乱する方が好ましい。抽出素子は、同様に、周囲環境とのデバイス界面において発光デバイスから出射する光の反射を軽減するようなサイズおよび形状になされる。

Description

関連出願の相互出願
本出願は、以下の米国仮出願、すなわち、2011年11月23日に出願された米国仮出願第61/563,513号、2012年2月6日に出願された米国仮出願第61/595,663号、2012年4月27日に出願された米国仮出願第61/639,683号、および2012年9月13日に出願された米国仮出願第61/700,724号の利益を主張する。これらの優先出願の各々の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本技術は概して、発光デバイスに関し、詳細には、固体発光素子と、散乱素子と、発光素子から離れた抽出素子とを備える発光デバイスに関する。

発光素子は、現代では世界中で普及しており、一般的な照明(たとえば、電球)から照明電子情報ディスプレイ(たとえば、LCD用のバックライトおよびフロントライト)、医療デバイスおよび治療まで幅広い用途に使用されている。固体発光デバイスは、発光ダイオード(LED)を含み、様々な分野においてますます採用されるようになっており、特に白熱光源およびその他の従来の光源と比較して電力消費量が低く、発光効率が高く、かつ長持ちである。

照明にますます使用されるようになっているSSLデバイスの一例として、いわゆる「白色LED」がある。従来の白色LEDは一般に、青色光または紫外線光を放出するLEDと蛍光体またはその他の発光材料とを含む。このデバイスは、蛍光体によってLEDからの青色光またはUVを下方変換することによって白色光を生成する(ポンプ光と呼ばれる)。そのようなデバイスは蛍光体ベースのLED(PLED)とも呼ばれる。光変換に起因して損失を被るが、PLEDの様々な態様では、PLEDベースの照明では、他の種類の照明と比較して複雑さの軽減、費用効率の向上、耐久性の改善が期待できる。

新しい種類の蛍光体が積極的に調査され開発されているが、PLEDベースの発光デバイスの構成は、利用可能な発光材料の特性に起因してさらに問題がある。問題には、たとえば、光学変換による光エネルギー損失、ストークス損失による蛍光体の自己加熱、光子変換特性の動作温度への依存性、過熱またはその他の損傷に起因する蛍光体の化学的組成および物理的組成の永久的な変化による劣化、変換特性の光強度への依存性、蛍光体から放出された変換された光の無作為な放出による望ましくない方向への光の伝搬、蛍光体の望ましくない化学的特性、および発光デバイスにおける蛍光体の堆積の抑制が含まれる。

固体光源(たとえば、発光ダイオード)を利用する一般的な照明用の様々な発光デバイスを開示する。概して、これらのデバイスは、抽出素子と組み合わされた散乱素子を含む。散乱素子は、弾性散乱中心および/または非弾性散乱中心を含んでよく、光源素子から間隔を置いて配置される。散乱素子の両側には、非対称的な光学的界面を有し、発光素子に面する界面と散乱素子と抽出素子との間の界面とは屈折率が著しく異なる。そのような構造では、散乱素子からの光が順方向に散乱することが好ましいと考えられる。言い換えれば、このシステムでは、光が光源素子の方へ後方散乱するよりも散乱素子から抽出素子内に散乱する方が好ましい。そのような構成を本明細書では非対称散乱光弁(「ASLV」)と呼ぶ。抽出素子は、同様に、周囲環境とのデバイス界面において発光デバイスから出射する光の反射を軽減するようなサイズおよび形状をする。したがって、発光デバイスは光を非常に効率的にかつ非常に一様に送ることができる。

半径方向外側に伝搬する点光源からの光が通常、点光源を中心とする球面に入射することが分かっている。表面における光の透過および反射がスネルの法則によって支配される場合、表面における光の反射は、表面における媒質の屈折率の関数になり、一般に通常の入射角に起因して最低限に抑えられる。したがって、光源が出射面に対する点光源を近似するように抽出素子内の光源を十分に小さくし、かつ/または抽出素子を十分に大きくすることによって、球状出射面を有する抽出素子を含む電球の設計に、上述の原則を適用することができる。しかし、実際問題として、光源素子および散乱素子は有限のサイズを有する。さらに、一定のサイズの散乱素子に対して抽出素子のサイズを大きくすると、発光デバイスの重量、体積、および/または材料コストが増大する可能性がある。したがって、散乱素子と抽出素子とを備える発光デバイスの場合、抽出素子からの抽出効率の最適化とデバイスのサイズおよび/またはコストとの兼合いを図る必要がある。

本発明者は、散乱素子に対して比較的小さい抽出素子によって高い抽出効率が実現される抽出素子と散乱素子の相対サイズのある範囲が存在することを認識している。たとえば、抽出素子と散乱素子は、抽出素子の出射面に直接当たる散乱光学機器からの光が出射面において全内部反射を受けることがないような相対サイズに設定されてよい。たとえば、抽出素子の出射面は、出射面と同心であり、かつ半径R_OW=R₁/nを有し、ただしnが抽出素子の屈折率であるそれぞれの概念上の球によって画定される領域内に散乱素子が含まれる、半径R₁を有する球状のドームまたはシェルとして形作られてよい。そのような構成は、ワイエルシュトラス形状またはワイエルシュトラス構成と呼ばれることがある。いくつかの実施形態では、散乱素子と抽出素子との間の界面のすべてまたは一部がR_Wにおける概念上の表面に対応してよい。そのような構成は抽出素子の体積を減らしつつ(たとえば、最小限に抑えつつ)ワイエルシュトラス形状の利点をもたらすことができると考えられる。しかし、ワイエルシュトラス形状ではTIRが回避されるが、出射面に入射する光は依然としてフレネル反射を受け、出射面での透過率が100%よりも低くなる。

いくつかの実施形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる。ブリュースター角(偏光角とも呼ばれる)とは、特定の偏向を有する光が透明な誘電体表面を反射なしに完全に透過する入射角のことである。そのような抽出素子は、いくつかの抽出素子に関連することがある偏光効果を低減させるだけでなく、たとえばワイエルシュトラス構成に関連することがある偏光に依存する特定の損失も回避すると考えられる。球状の出射面の場合、ブリュースター半径R_OBと呼ばれる対応する概念上の球面または円筒面内に位置する散乱素子から光についてブリュースター条件を満たすことができる。散乱素子が全体的に1.1R_OB以下(たとえば0.5R_OB〜1.1R_OBの範囲)の概念上の表面内に位置するように抽出素子および散乱素子のサイズを定めるとコスト/質量と性能との兼合いを適切にとることができると考えられる。

発光デバイスは、散乱素子からの後方散乱光を再循環させるための回復エンクロージャを含む。様々な形態の回復エンクロージャが考えられる。いくつかの実施形態では、回復エンクロージャは鏡などの反射面を含む。この表面は、平面状または非平面状であってよい。非平面状反射面の例には円錐状反射体および放物線状態反射体が含まれる。いくつかの実施形態では、回復エンクロージャは、シェル状散乱素子によって実質的に囲まれるエンクロージャに相当する。そのような実施形態は、後方散乱光子のうちの大部分、たとえばそのほとんどが、さらなる損失を生じさせることがある中間面からの反射なしに散乱素子に再入射するので、後方散乱光を非常に効率的に再循環させることができる。

一般に、発光デバイスは、単一の発光素子(たとえば、単一のLED)を含んでもまたは複数の発光素子を含んでもよい。複数の発光素子を備える実施形態は、同じ色度または異なる色度を有する素子を含んでよい。たとえば、実施形態は、より有効な発光デバイスおよび/またはより大きい発光デバイスを提供するように複数の同様の発光素子を備えてよい。いくつかの実施形態では、発光デバイスは異なる色度を有する発光素子を含む。様々な発光素子からの発光強度は、発光デバイスの色度を変化させるように変化させることができる。たとえば、白色発光デバイスの白色点は、1つの発光素子からの寄与を別の発光素子に対して増大または低減させることによって変化させることができる。

本発明者は、散乱素子および/または抽出素子を適切に構成することによって発光デバイスの発光プロファイルを調整することが可能であることも認識している。したがって、特定の方向において発光を向上させ、他の方向において発光を低減させる実施形態を開示する。逆に、いくつかの実施形態では、散乱素子および/または抽出素子の形状は、実質的に等方性の発光をある範囲の立体角に設定するように選択される。

いくつかの実施形態では、散乱素子と抽出素子との間の出射面と光学的界面が同じ形状を有する。たとえば、出射面と光学的界面はどちらも球状であってよい(たとえば、異なる半径を有する同心球)。代替として、出射面と光学的界面は互いに異なる形状を有してよい。たとえば、出射面は球状であり、光学的界面は楕円形であり、かつ全体が概念上のブリュースター球内に含まれる。一般に、これらの表面の形状としては、適合された強度分布を生成する形状が選択されてよい。

いくつかの実施形態では、抽出素子は発光分布に異方性を導入するように形作られてよい。たとえば、抽出素子は、方形または矩形のフットプリントを有するように構成された複数の出射面ファセットを含んでよい。そのような抽出器は、その発光パターンが等方性の発光よりもうまく空間に整合するので、方形または矩形の空間の照明に有利である。

いくつかの実施形態では、発光デバイスは複合抽出素子を含んでよい。そのような抽出素子は、多峰性光分布を生成し、光を複数の個別の立体角範囲に向けることができる。そのような抽出素子は、複数の機能(ダウンライトを生成し、光を天井の方へ向ける天井光または光を壁照明と一緒に室内に送る壁光)を有する発光デバイスに使用されてよい。

特定の固体発光デバイスに関する問題は、発光デバイスの寿命の間に発光デバイスの特性が変化することである。たとえば、白色LEDの白色点はデバイスが経年劣化するにつれて変化することがある。したがって、いくつかの実施形態において、発光デバイスは、デバイスが経年劣化効果を自己補償するのを可能にするデバイス内フィードバックを含んでよい。たとえば、特定の実施形態において、発光デバイスは、デバイス内に収納され、デバイスによって生成される光の強度を監視するセンサを含む。デバイスは、検出された強度の変化に応答して発光素子に印加される電位を修正するフィードバック電子機器を(たとえば、デバイスのベース内に)含んでよい。

一般に、発光デバイスは様々な形状因子において形成されてよい。いくつかの実施形態において、発光デバイスは、A型電球または蛍光管の形状などの標準的な電球の形態に形成されてよい。

本発明の様々な態様について以下に概略的に説明する。

概して、本明細書に記載された主題の1つの斬新な態様は、動作時に第1のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第1の発光素子、および動作時に第1のスペクトルパワー分布とは異なる第2のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第2の発光素子を含む複数の発光素子と、第1および第2の発光素子から間隔を置いて配置され第1および第2の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、第1および第2の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ、混合スペクトルパワー分布を有する第1および第2の発光素子からの光を含む混合光を生成するように配置された弾性散乱中心を含む第1の光学素子と、出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子とを含む発光デバイスであって、第2の光学素子が第1の光学素子と接触し、第1の光学素子と第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面が第1の光学素子の第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が混合光の幾分かを光学的界面を通して受け取るように配置され、デバイスが、第1の光学素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、第1の光学素子が、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただし、n₀<n₁であり、透明な材料が屈折率n₂を有し、ただし、n₀<n₂であり、出射面が、第1の光学素子によって生成され、出射面に直接当たる混合光の出射面での入射角が、全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、発光デバイスが混合光を出射面を通して出力する、発光デバイスにおいて実施することができる。

上述の実施形態およびその他の実施形態の各々は、場合によっては以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独でまたは組み合わせて含んでよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、動作時に第1および第2の色度とは異なる第3のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第3の発光素子と、動作時に第1、第2、および第3の色度とは異なる第4のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第4の発光素子とをさらに含んでよく、弾性散乱中心は、第3および第4の発光素子からの光をさらに等方的に散乱させ、混合光は、第3および第4の発光素子からの散乱光をさらに含む。いくつかの実装形態では、第1のスペクトルパワー分布によって定められる第1の色度は、第2のスペクトルパワー分布によって定められる第2の色度と異なってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、内部に発光素子からの光を放出することのできるエンクロージャを画定するシェルであってよく、シェルは、第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、エンクロージャを通過して第1の表面まで伝搬するように形作られてよい。シェルは、エンクロージャに対して凹状を有してよい。シェルは、楕円形を有してよい。楕円形は、扁長または扁平であってよい。楕円形は、三軸であってもよい。シェルは、発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有してよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに含んでよく、1つまたは複数の反射体はエンクロージャに面しかつエンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、反射面を有する反射体をさらに含んでよく、反射面と第1の表面は一緒に、内部に発光素子からのすべての光を放出することのできるエンクロージャを画定してよい。反射面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。第1の表面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。反射面は、鏡面反射部を含んでもまたは拡散反射部を含んでもよい。反射面は、発光素子からの光を第1の表面の方へ送るように構成されてよい。

いくつかの実装形態では、出射面は複数の部分を含んでよく、各部分は縁部の所で別の部分に接合されてよい。出射面は4つの部分を有してよい。出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、発光素子から光を受け取りかつ第1の表面に光を送るように発光素子と第1の表面との間に位置させることのできる透明な材料から形成された第3の素子をさらに含んでよい。第3の素子は、ギャップによって第1の表面から分離されてよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、混合光の上記の部分の一部を出射面を通して出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、混合光の上記の部分の一部に基づくセンサ信号を生成するように構成することのできるセンサと、センサと通信し、センサ信号に応答して第1および第2の発光素子に供給される電力を制御するように構成することのできる制御回路とをさらに含んでよい。センサ信号は、混合光の上記の部分の一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成されてよい。制御回路は、発光デバイスが経年劣化するにつれて発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように各発光素子に供給される電力の量を制御してよい。制御回路は、発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように各発光素子に供給される電力の量を制御してよい。制御回路は、発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて発光デバイスによって放出される光の変化を制御するように発光素子に供給される電力の量を調整してよい。

いくつかの実装形態では、第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを含んでよく、第1の部分は、出射面を有してよく、かつ光学的界面から混合光の第1の部分を受け取るように配置されてよく、光導波路は、光学的界面から混合光の第2の部分を受け取るように配置されてよく、混合光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって混合光の受け取られた第2の部分を光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有してよい。

いくつかの実装形態では、出射面は、少なくとも部分的に透明であってよい第1の出射面および第2の出射面と、第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを含んでよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は実質的に一様な有効厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、n₁≒n₂である。いくつかの実装形態では、n₀≒1である。いくつかの実装形態では、出射面は、出射面に直接当たる混合光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られてよい。

いくつかの実装形態では、断面について、出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有してよく、第1および第2の光学素子は、光学的界面上の各点が出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置されてよい。
ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。

値kは、k<n₂であるように正の実数であってよい。いくつかの実装形態では、k/n₂は0.8未満であってよい。いくつかの実装形態では、kは1未満であってよい。いくつかの実装形態では、値kは次式の通りであってよい。

いくつかの実装形態では、光学的界面上の各点は、出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)であってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子の対称軸と第2の光学素子の対称軸は同一線上にあってよい。1つまたは複数の発光素子を第1の光学素子の対称軸に対して対称に位置させてよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の光学素子は、軸に沿って延びてよく、軸に沿って実質的に変化しない断面を有してよい。いくつかの実装形態では、出射面は球面または円筒面であってよい。

いくつかの実装形態では、媒質は気体であってよい。気体は空気であってよい。いくつかの実装形態では、発光素子は発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、屈折率n₁を有する材料内に分散された弾性散乱中心を含んでよい。いくつかの実装形態では、透明な材料はプラスチックまたはガラスであってよい。

概して、本明細書に記載された主題の別の斬新な態様は、動作時に第1のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第1の発光素子、および動作時に第1のスペクトルパワー分布とは異なる第2のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第2の発光素子を含む複数の発光素子と、第1および第2の発光素子から間隔を置いて配置され第1および第2の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、第1の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱された変換光に変換するように配置された非弾性散乱中心、および第2の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させるように配置された弾性散乱中心を含み、第2の発光素子からの散乱光および変換光を含む混合光を生成し、混合光が混合スペクトルパワー分布を有する第1の光学素子と、出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子とを含む発光デバイスであって、第2の光学素子が第1の光学素子と接触し、第1の光学素子と第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面が第1の光学素子の第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が混合光の一部を光学的界面を通して受け取るように配置され、デバイスが、第1の光学素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、第1の光学素子が、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただし、n₀<n₁であり、透明な材料が屈折率n₂を有し、ただし、n₀<n₂であり、出射面が、第1の光学素子によって生成され、出射面に直接当たる混合光の出射面での入射角が、全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、発光デバイスが混合光の所定の部分を出射面を通して出力する、発光デバイスにおいて実施することができる。

上述の実施形態およびその他の実施形態の各々は、場合によっては以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独でまたは組み合わせて含んでよい。いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、内部に発光素子からの光を放出することのできるエンクロージャを画定するシェルであってよく、シェルは、第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、エンクロージャを通過して第1の表面まで伝搬するように形作られてよい。シェルは、エンクロージャに対して凹状を有してよい。シェルは、楕円形を有してよい。楕円形は、扁長または扁平であってよい。楕円形は、三軸であってもよい。シェルは、発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有してよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに含んでよく、1つまたは複数の反射体はエンクロージャに面しかつエンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、反射面を有する反射体をさらに含んでよく、反射面と第1の表面は一緒に、内部に発光素子からのすべての光を放出することのできるエンクロージャを画定してよい。反射面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。第1の表面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。反射面は、鏡面反射部を含んでもまたは拡散反射部を含んでもよい。反射面は、発光素子からの光を第1の表面の方へ送るように構成されてよい。

いくつかの実装形態では、出射面は複数の部分を含んでよく、各部分は縁部の所で別の部分に接合されてよい。出射面は4つの部分を有してよい。出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、発光素子から光を受け取りかつ第1の表面に光を送るように発光素子と第1の表面との間に位置させることのできる透明な材料から形成された第3の素子をさらに含んでよい。第3の素子は、ギャップによって第1の表面から分離されてよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、混合光の上記の部分の一部を出射面を通して出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、混合光の上記の部分の一部に基づくセンサ信号を生成するように構成することのできるセンサと、センサと通信し、センサ信号に応答して発光素子に供給される電力を制御するように構成することのできる制御回路とをさらに含んでよい。センサ信号は、混合光の上記の部分の一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成されてよい。制御回路は、発光デバイスが経年劣化するかまたは発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて、あるいは発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて、発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように発光素子に供給される電力の量を制御してよい。

いくつかの実装形態では、第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを含んでよく、第1の部分は、出射面を有してよく、かつ光学的界面から混合光の第1の部分を受け取るように配置されてよく、光導波路は、光学的界面から混合光の第2の部分を受け取るように配置されてよく、混合光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって混合光の受け取られた第2の部分を光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有してよい。

いくつかの実装形態では、出射面は、少なくとも部分的に透明であってよい第1の出射面および第2の出射面と、第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを含んでよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は実質的に一様な有効厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、n₁≒n₂である。いくつかの実装形態では、n₁≒1である。いくつかの実施形態では、出射面は、出射面に直接当たる混合光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られてよい。

いくつかの実装形態では、断面について、出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有してよく、第1および第2の光学素子は、光学的界面上の各点が出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置されてよい。
ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。

値kは、k<n₂であるように正の実数であってよい。いくつかの実装形態では、k/n₂は0.8未満であってよい。いくつかの実装形態では、kは1未満であってよい。いくつかの実装形態では、値kは次式の通りであってよい。

いくつかの実装形態では、光学的界面上の各点は、出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)であってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子の対称軸と第2の光学素子の対称軸は同一線上にあってよい。1つまたは複数の発光素子を第1の光学素子の対称軸に対して対称に位置させてよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の光学素子は、軸に沿って延びてよく、軸に沿って実質的に変化しない断面を有してよい。いくつかの実装形態では、出射面は球面または円筒面であってよい。

いくつかの実装形態では、媒質は気体であってよい。気体は空気であってよい。いくつかの実装形態では、発光素子は発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実装形態では、第1の発光素子によって放出される光は青色光または紫外線光を含んでよい。いくつかの実装形態では、変換光は黄色光であってよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は光変換材料を含んでよい。光変換材料は蛍光体を含んでよい。光変換材料は量子ドット蛍光体を含んでよい。いくつかの実装形態では、透明な材料はプラスチックまたはガラスであってよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は1つであり、かつ弾性散乱中心と同一であってよい。

概して、本明細書に記載された主題の別の斬新な態様は、動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置され、1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、1つまたは複数の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む第1の光学素子と、出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子であって、第1の光学素子と接触し、第1の光学素子と第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面が第1の光学素子の第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が散乱光の一部を光学的界面を通して受け取るように配置された、第2の光学素子と、散乱光の上記の部分の一部を出射面を通して出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、散乱光の上記の部分の一部に基づくセンサ信号を生成するように構成することのできるセンサと、センサと通信し、センサ信号に応答して1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成することのできる制御回路とを含む発光デバイスであって、第1の光学素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、第1の光学素子が、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただし、n₀<n₁であり、透明な材料が屈折率n₂を有し、ただし、n₀<n₂であり、出射面が、第1の光学素子によって生成され、出射面に直接当たる散乱光の出射面での入射角が、全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、発光デバイスが散乱光を出射面を通して出力する、発光デバイスにおいて実施することができる。

上述の実施形態およびその他の実施形態の各々は、場合によっては以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独でまたは組み合わせて含んでよい。いくつかの実装形態では、センサによって受け取られる散乱光の上記の部分の一部は第2の光学素子の出射面の所で反射される光に相当してよい。センサは、第2の光学素子の出射面の所で反射されセンサによって受け取られる光が光学的界面の大部分から得られるように配置されてよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、内部に1つまたは複数の発光素子からの光を放出することのできるエンクロージャを画定するシェルであってよく、シェルは、第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、エンクロージャを通過して第1の表面まで伝搬するように形作られてよい。シェルは、エンクロージャに対して凹状を有してよい。シェルは、楕円形を有してよい。楕円形は、扁長または扁平であってよい。楕円形は、三軸であってもよい。シェルは、1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有してよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに含んでよく、1つまたは複数の反射体はエンクロージャに面しかつエンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、反射面を有する反射体をさらに含んでよく、反射面と第1の表面は一緒に、内部に1つまたは複数の発光素子からのすべての光を放出することのできるエンクロージャを画定してよい。反射面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。第1の表面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。反射面は、鏡面反射部を含んでもまたは拡散反射部を含んでもよい。反射面は、1つまたは複数の発光素子からの光を第1の表面の方へ送るように構成されてよい。

いくつかの実装形態では、出射面は複数の部分を含んでよく、各部分は縁部の所で別の部分に接合されてよい。出射面は4つの部分を有してよい。出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ第1の表面に光を送るように1つまたは複数の発光素子と第1の表面との間に位置させることのできる透明な材料から形成された第3の素子をさらに含んでよい。第3の素子は、ギャップによって第1の表面から分離されてよい。

いくつかの実装形態では、センサ信号は、散乱光の上記の部分の一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成されてよい。制御回路は、発光デバイスが経年劣化するかまたは発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて、あるいは発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて、発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御してよい。

いくつかの実装形態では、第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを含んでよく、第1の部分は、出射面を有してよく、かつ光学的界面から散乱光の第1の部分を受け取るように配置されてよく、光導波路は、光学的界面から散乱光の第2の部分を受け取るように配置されてよく、散乱光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって散乱光の受け取られた第2の部分を光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有してよい。

いくつかの実装形態では、出射面は、少なくとも部分的に透明であってよい第1の出射面および第2の出射面と、第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを含んでよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は実質的に一様な有効厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、n₁≒n₂である。いくつかの実装形態では、n₀≒1である。いくつかの実施形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られてよい。

いくつかの実装形態では、断面について、出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有してよく、第1および第2の光学素子は、光学的界面上の各点が出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置されてよい。
ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。

値kは、k<n₂であるように正の実数であってよい。いくつかの実装形態では、k/n₂は0.8未満であってよい。いくつかの実装形態では、kは1未満であってよい。いくつかの実装形態では、値kは次式の通りであってよい。

いくつかの実装形態では、光学的界面上の各点は、出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)であってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子の対称軸と第2の光学素子の対称軸は同一線上にあってよい。1つまたは複数の発光素子を第1の光学素子の対称軸に対して対称に位置させてよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の光学素子は、軸に沿って延びてよく、軸に沿って実質的に変化しない断面を有してよい。いくつかの実装形態では、出射面は球面または円筒面であってよい。

いくつかの実装形態では、媒質は気体であってよい。気体は空気であってよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子によって放出される光は青色光または紫外線光を含んでよい。いくつかの実装形態では、散乱中心は、1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含んでよい。変換光は黄色光であってよい。非弾性散乱中心は光変換材料を含んでよい。光変換材料は蛍光体を含んでよい。光変換材料は量子ドット蛍光体を含んでよい。

いくつかの実装形態では、透明な材料はプラスチックまたはガラスであってよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは複数の発光素子を含んでよく、複数の発光素子は異なる色の光を放出する。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は1つであり、かつ弾性散乱中心と同一であってよい。

概して、本明細書に記載された主題の別の斬新な態様は、動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置され、1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、1つまたは複数の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む第1の光学素子と、出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子とを含む発光デバイスであって、第2の光学素子が第1の光学素子と接触し、第1の光学素子と第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面が第1の光学素子の第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が散乱光の一部を光学的界面を通して受け取るように配置され、デバイスが、第1の光学素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、第1の光学素子が、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただし、n₀<n₁であり、透明な材料が屈折率n₂を有し、ただし、n₀<n₂であり、出射面が、出射面に直接当たる散乱光の出射面での入射角が、全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、第2の光学素子の出射面の形状と光学的界面の非球面非平面形状との組合せが散乱光を出射面を通して出力するように構成され、組合せが、出力光の強度分布を制御するように構成される、発光デバイスにおいて実施することができる。

上述の実施形態およびその他の実施形態の各々は、場合によっては以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独でまたは組み合わせて含んでよい。いくつかの実装形態では、強度分布は、二次光学系の入力要件に整合するように形作られてよい。組合せは、強度分布のピーク強度の方向を制御するように構成されてよい。第1の光学素子は3つの異なる直交寸法を有してよい。第1の光学素子は2つの等しい直交寸法を有してよい。第1の光学素子は3つの等しい直交寸法を有してよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、内部に1つまたは複数の発光素子からの光を放出することのできるエンクロージャを画定するシェルであってよく、シェルは、第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、エンクロージャを通過して第1の表面まで伝搬するように形作られてよい。シェルは、エンクロージャに対して凹状を有してよい。シェルは、楕円形を有してよい。楕円形は、扁長または扁平であってよい。楕円形は、三軸であってもよい。シェルは、1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有してよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに含んでよく、1つまたは複数の反射体はエンクロージャに面しかつエンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、反射面を有する反射体をさらに含んでよく、反射面と第1の表面は一緒に、内部に1つまたは複数の発光素子からのすべての光を放出することのできるエンクロージャを画定してよい。反射面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。第1の表面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。反射面は、鏡面反射部を含んでもまたは拡散反射部を含んでもよい。反射面は、1つまたは複数の発光素子からの光を第1の表面の方へ送るように構成されてよい。

いくつかの実装形態では、出射面は複数の部分を含んでよく、各部分は縁部の所で別の部分に接合されてよい。出射面は4つの部分を有してよい。出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ第1の表面に光を送るように1つまたは複数の発光素子と第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに含んでよい。第3の素子は、ギャップによって第1の表面から分離されてよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、散乱光の上記の部分の一部を出射面を通して出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、散乱光の上記の部分の一部に基づくセンサ信号を生成するように構成することのできるセンサと、センサと通信し、センサ信号に応答して1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成することのできる制御回路とをさらに含んでよい。センサ信号は、散乱光の上記の部分の一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成されてよい。制御回路は、発光デバイスが経年劣化するかまたは発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて、あるいは発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて、発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御してよい。

いくつかの実装形態では、第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを含んでよく、第1の部分は、出射面を有してよく、かつ光学的界面から散乱光の第1の部分を受け取るように配置されてよく、光導波路は、光学的界面から散乱光の第2の部分を受け取るように配置されてよく、散乱光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって散乱光の受け取られた第2の部分を光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有してよい。

いくつかの実装形態では、出射面は、少なくとも部分的に透明であってよい第1の出射面および第2の出射面と、第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを含んでよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は実質的に一様な有効厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、n₁≒n₂である。いくつかの実装形態では、n₀≒1である。いくつかの実施形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られてよい。

いくつかの実装形態では、断面について、出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有してよく、第1および第2の光学素子は、光学的界面上の各点が出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置されてよい。
ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。

値kは、k<n₂であるように正の実数であってよい。いくつかの実装形態では、k/n₂は0.8未満であってよい。いくつかの実装形態では、kは1未満であってよい。いくつかの実装形態では、値kは次式の通りであってよい。

いくつかの実装形態では、光学的界面上の各点は、出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)であってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子の対称軸と第2の光学素子の対称軸は同一線上にあってよい。1つまたは複数の発光素子を第1の光学素子の対称軸に対して対称に位置させてよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の光学素子は、軸に沿って延びてよく、軸に沿って実質的に変化しない断面を有してよい。いくつかの実装形態では、出射面は球面または円筒面であってよい。

いくつかの実装形態では、媒質は気体であってよい。気体は空気であってよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子によって放出される光は青色光または紫外線光を含んでよい。いくつかの実装形態では、散乱中心は、1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含んでよい。いくつかの実装形態では、変換光は黄色光であってよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は光変換材料を含んでよい。光変換材料は蛍光体または量子ドット蛍光体を含んでよい。

いくつかの実装形態では、透明な材料はプラスチックまたはガラスであってよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは複数の発光素子を含んでよく、複数の発光素子は異なる色の光を放出してよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は1つであり、かつ弾性散乱中心と同一であってよい。

概して、本明細書に記載された主題の別の斬新な態様は、動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置され、1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、1つまたは複数の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む第1の光学素子と、出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子とを含む発光デバイスであって、第2の光学素子が第1の光学素子と接触し、第1の光学素子と第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面が第1の光学素子の第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が散乱光の一部を光学的界面を通して受け取るように配置され、デバイスが、第1の光学素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、第1の光学素子が、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただし、n₀<n₁であり、透明な材料が屈折率n₂を有し、ただし、n₀<n₂であり、出射面が、複数の部分を含む透明な表面であり、各部分が、縁部の所で別の部分に接合され、出射面が、出射面に直接当たる散乱光の出射面での入射角が、全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られ、第2の光学素子の出射面の形状と光学的界面の形状との組合せが散乱光を出射面を通して出力するように構成され、組合せが、出力光の強度分布を制御するように構成される、発光デバイスにおいて実施することができる。

上述の実施形態およびその他の実施形態の各々は、場合によっては以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独でまたは組み合わせて含んでよい。いくつかの実装形態では、強度分布は、二次光学系の入力要件に整合するように形作られてよい。組合せは、強度分布のピーク強度の方向を制御するように構成されてよい。第1の光学素子は3つの異なる直交寸法を有してよい。第1の光学素子は2つの等しい直交寸法を有してよい。第1の光学素子は3つの等しい直交寸法を有してよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、内部に1つまたは複数の発光素子からの光を放出することのできるエンクロージャを画定するシェルであってよく、シェルは、第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、エンクロージャを通過して第1の表面まで伝搬するように形作られてよい。シェルは、エンクロージャに対して凹状を有してよい。シェルは、楕円形を有してよい。楕円形は、扁長または扁平であってよい。楕円形は、三軸であってもよい。シェルは、1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有してよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに含んでよく、1つまたは複数の反射体はエンクロージャに面しかつエンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、反射面を有する反射体をさらに含んでよく、反射面と第1の表面は一緒に、内部に1つまたは複数の発光素子からのすべての光を放出することのできるエンクロージャを画定してよい。反射面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。第1の表面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。反射面は、鏡面反射部を含んでもまたは拡散反射部を含んでもよい。反射面は、1つまたは複数の発光素子からの光を第1の表面の方へ送るように構成されてよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ第1の表面に光を送るように1つまたは複数の発光素子と第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに含んでよい。第3の素子は、ギャップによって第1の表面から分離されてよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、散乱光の上記の部分の一部を出射面を通して出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、散乱光の上記の部分の一部に基づくセンサ信号を生成するように構成することのできるセンサと、センサと通信し、センサ信号に応答して1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成することのできる制御回路とをさらに含んでよい。センサ信号は、散乱光の上記の部分の一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成されてよい。制御回路は、発光デバイスが経年劣化するかまたは発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて、あるいは発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて、発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御してよい。

いくつかの実装形態では、第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを含んでよく、第1の部分は、出射面を有してよく、かつ光学的界面から散乱光の第1の部分を受け取るように配置されてよく、光導波路は、光学的界面から散乱光の第2の部分を受け取るように配置されてよく、散乱光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって散乱光の受け取られた第2の部分を光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有してよい。

いくつかの実装形態では、出射面は、少なくとも部分的に透明であってよい第1の出射面および第2の出射面と、第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを含んでよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は実質的に一様な有効厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、n₁≒n₂である。いくつかの実装形態では、n₀≒1である。いくつかの実施形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られてよい。

いくつかの実装形態では、断面について、出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有してよく、第1および第2の光学素子は、光学的界面上の各点が出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置されてよい。
ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。

値kは、k<n₂であるように正の実数であってよい。いくつかの実装形態では、k/n₂は0.8未満であってよい。いくつかの実装形態では、kは1未満であってよい。いくつかの実装形態では、値kは次式の通りであってよい。

いくつかの実装形態では、光学的界面上の各点は、出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)であってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子の対称軸と第2の光学素子の対称軸は同一線上にあってよい。1つまたは複数の発光素子を第1の光学素子の対称軸に対して対称に位置させてよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の光学素子は、軸に沿って延びてよく、軸に沿って実質的に変化しない断面を有してよい。いくつかの実装形態では、出射面は球面または円筒面であってよい。

いくつかの実装形態では、媒質は気体であってよい。気体は空気であってよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子によって放出される光は青色光または紫外線光を含んでよい。いくつかの実装形態では、散乱中心は、1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含んでよい。変換光は黄色光であってよい。非弾性散乱中心は光変換材料を含んでよい。光変換材料は蛍光体または量子ドット蛍光体を含んでよい。

いくつかの実装形態では、透明な材料はプラスチックまたはガラスであってよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは複数の発光素子を含んでよく、複数の発光素子は異なる色の光を放出してよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は1つであり、かつ弾性散乱中心と同一であってよい。

概して、本明細書に記載された主題の別の斬新な態様は、動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置され、1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、1つまたは複数の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む第1の光学素子と、出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子とを含む発光デバイスであって、第2の光学素子が第1の光学素子と接触し、第1の光学素子と第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面が第1の光学素子の第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が散乱光の幾分かを光学的界面を通して受け取るように配置され、デバイスが、第1の光学素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、第1の光学素子が、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただし、n₀<n₁であり、透明な材料が屈折率n₂を有し、ただし、n₀<n₂であり、出射面が、出射面に直接当たる散乱光の出射面での入射角が、ブリュースター角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、発光デバイスが一部の散乱光を出射面を通して出力する、発光デバイスにおいて実施することができる。

上述の実施形態およびその他の実施形態の各々は、場合によっては以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独でまたは組み合わせて含んでよい。いくつかの実装形態では、強度分布は、二次光学系の入力要件に整合するように形作られてよい。組合せは、強度分布のピーク強度の方向を制御するように構成されてよい。第1の光学素子は3つの異なる直交寸法を有してよい。第1の光学素子は2つの等しい直交寸法を有してよい。第1の光学素子は3つの等しい直交寸法を有してよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、内部に1つまたは複数の発光素子からの光を放出することのできるエンクロージャを画定するシェルであってよく、シェルは、第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、エンクロージャを通過して第1の表面まで伝搬するように形作られてよい。シェルは、エンクロージャに対して凹状を有してよい。シェルは、楕円形を有してよい。楕円形は、扁長または扁平であってよい。楕円形は、三軸であってもよい。シェルは、1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有してよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに含んでよく、1つまたは複数の反射体はエンクロージャに面しかつエンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、反射面を有する反射体をさらに含んでよく、反射面と第1の表面は一緒に、内部に1つまたは複数の発光素子からのすべての光を放出することのできるエンクロージャを画定してよい。反射面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。第1の表面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。反射面は、鏡面反射部を含んでもまたは拡散反射部を含んでもよい。反射面は、1つまたは複数の発光素子からの光を第1の表面の方へ送るように構成されてよい。

いくつかの実装形態では、出射面は複数の部分を含んでよく、各部分は縁部の所で別の部分に接合されてよい。出射面は4つの部分を有してよい。出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ第1の表面に光を送るように1つまたは複数の発光素子と第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに含んでよい。第3の素子は、ギャップによって第1の表面から分離されてよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、散乱光の上記の部分の一部を出射面を通して出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、散乱光の上記の部分の一部に基づくセンサ信号を生成するように構成することのできるセンサと、センサと通信し、センサ信号に応答して第1および第2の発光素子に供給される電力を制御するように構成することのできる制御回路とをさらに含んでよい。センサ信号は、散乱光の上記の部分の一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成されてよい。制御回路は、発光デバイスが経年劣化するかまたは発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて、あるいは発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて、発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御してよい。

いくつかの実装形態では、第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを含んでよく、第1の部分は、出射面を有してよく、かつ光学的界面から散乱光の第1の部分を受け取るように配置されてよく、光導波路は、光学的界面から散乱光の第2の部分を受け取るように配置されてよく、散乱光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって散乱光の受け取られた第2の部分を光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有してよい。

いくつかの実装形態では、出射面は、少なくとも部分的に透明であってよい第1の出射面および第2の出射面と、第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを含んでよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は実質的に一様な有効厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、n₁≒n₂である。いくつかの実装形態では、n₀≒1である。

いくつかの実装形態では、断面について、出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有してよく、第1および第2の光学素子は、光学的界面上の各点が出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置されてよい。
ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。

値kは、k<n₂であるように正の実数であってよい。いくつかの実装形態では、k/n₂は0.8未満であってよい。いくつかの実装形態では、kは1未満であってよい。いくつかの実装形態では、値kは次式の通りであってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子の対称軸と第2の光学素子の対称軸は同一線上にあってよい。1つまたは複数の発光素子を第1の光学素子の対称軸に対して対称に位置させてよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の光学素子は、軸に沿って延びてよく、軸に沿って実質的に変化しない断面を有してよい。いくつかの実装形態では、出射面は球面または円筒面であってよい。

いくつかの実装形態では、媒質は気体であってよい。気体は空気であってよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子によって放出される光は青色光または紫外線光を含んでよい。いくつかの実装形態では、散乱中心は、1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含んでよい。いくつかの実装形態では、変換光は黄色光であってよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は光変換材料を含んでよい。光変換材料は蛍光体または量子ドット蛍光体を含んでよい。

いくつかの実装形態では、透明な材料はプラスチックまたはガラスであってよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは複数の発光素子を含んでよく、複数の発光素子は異なる色の光を放出してよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は1つであり、かつ弾性散乱中心と同一であってよい。

概して、本明細書に記載された主題の別の斬新な態様は、動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置され、1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、1つまたは複数の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む第1の光学素子と、透明な材料から形成され、第1の光学素子と接触する第2の光学素子とを含み、第1の光学素子と第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面が第1の光学素子の第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が、第1の光学機器と光導波路とを含み、第1の光学機器が、出射面を有し、光学的界面から散乱光の第1の部分を受け取るように配置され、出射面が、出射面に直接当たる散乱光の出射面での入射角が、全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、光導波路が、光学的界面から散乱光の第2の部分を受け取るように配置され、散乱光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって散乱光の受け取られた第2の部分を光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有し、デバイスが、第1の光学素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、第1の光学素子が、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただし、n₀<n₁であり、透明な材料が屈折率n₂を有し、ただし、n₀<n₂である、発光デバイスにおいて実施することができる。

上述の実施形態およびその他の実施形態の各々は、場合によっては以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独でまたは組み合わせて含んでよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、案内面上に配設され、散乱光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射するように構成された反射性コーティングをさらに含んでよい。いくつかの実装形態では、光導波路は、受け取られた第2の光の少なくとも幾分かを全内部反射によって反射するように構成されてよい。いくつかの実装形態では、光導波路は、所定量の光を案内面を通して1つまたは複数の発光素子から所定の距離において放出するように構成されてよい。案内面は、所定量の光を抽出するように構成された表面テクスチャを有してよい。光導波路は、所定量の光が案内面を通して1つまたは複数の発光素子から所定の距離において放出されるように光を散乱させるように構成された中心を含んでよい。いくつかの実装形態では、光導波路は、散乱光の受け取られた少なくとも幾分かの第2の部分の少なくとも一部を放出するように構成された遠位面を有してよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、内部に1つまたは複数の発光素子からの光を放出することのできるエンクロージャを画定するシェルであってよく、シェルは、第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、エンクロージャを通過して第1の表面まで伝搬するように形作られてよい。シェルは、エンクロージャに対して凹状を有してよい。シェルは、楕円形を有してよい。楕円形は、扁長または扁平であってよい。楕円形は、三軸であってもよい。シェルは、1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有してよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに含んでよく、1つまたは複数の反射体はエンクロージャに面しかつエンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、反射面を有する反射体をさらに含んでよく、反射面と第1の表面は一緒に、内部に1つまたは複数の発光素子からのすべての光を放出することのできるエンクロージャを画定してよい。反射面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。第1の表面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。反射面は、鏡面反射部を含んでもまたは拡散反射部を含んでもよい。反射面は、1つまたは複数の発光素子からの光を第1の表面の方へ送るように構成されてよい。

いくつかの実装形態では、出射面は複数の部分を含んでよく、各部分は縁部の所で別の部分に接合されてよい。出射面は4つの部分を有してよい。出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ第1の表面に光を送るように1つまたは複数の発光素子と第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに含んでよい。第3の素子は、ギャップによって第1の表面から分離される。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、散乱光の上記の部分の一部を発光デバイスから出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、散乱光の上記の部分の一部に基づくセンサ信号を生成するように構成することのできるセンサと、センサと通信し、センサ信号に応答して1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成することのできる制御回路とをさらに含んでよい。センサ信号は、散乱光の上記の部分の一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成されてよい。制御回路は、発光デバイスが経年劣化するかまたは発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて、あるいは発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて、発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御してよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は実質的に一様な有効厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、n₁≒n₂である。いくつかの実装形態では、n₀≒1である。いくつかの実施形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られてよい。

いくつかの実装形態では、断面について、出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有してよく、第1および第2の光学素子は、光学的界面上の各点が出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置されてよい。
ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。

値kは、k<n₂であるように正の実数であってよい。いくつかの実装形態では、k/n₂は0.8未満であってよい。いくつかの実装形態では、kは1未満であってよい。いくつかの実装形態では、値kは次式の通りであってよい。

いくつかの実装形態では、光学的界面上の各点は、出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)であってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子の対称軸と第2の光学素子の対称軸は同一線上にあってよい。1つまたは複数の発光素子を第1の光学素子の対称軸に対して対称に位置させてよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の光学素子は、軸に沿って延びてよく、軸に沿って実質的に変化しない断面を有してよい。いくつかの実装形態では、出射面は球面または円筒面であってよい。

いくつかの実装形態では、媒質は気体であってよい。気体は空気であってよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子によって放出される光は青色光または紫外線光を含んでよい。いくつかの実装形態では、散乱中心は、1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含んでよい。変換光は黄色光であってよい。非弾性散乱中心は光変換材料を含んでよい。光変換材料は蛍光体または量子ドット蛍光体を含んでよい。

いくつかの実装形態では、透明な材料はプラスチックまたはガラスであってよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは複数の発光素子を含んでよく、複数の発光素子は異なる色の光を放出してよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は1つであり、かつ弾性散乱中心と同一であってよい。

概して、本明細書に記載された主題の別の斬新な態様は、動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置され、1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、1つまたは複数の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む第1の光学素子と、透明な材料から形成され、第1の光学素子と接触する第2の光学素子とを含み、第1の光学素子と第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、第2の光学素子が、散乱光の幾分かを光学的界面を通して受け取るように配置され、第2の光学素子が第1の出射面と第2の出射面とを含む出射面を含み、第1および第2の出射面が、少なくとも部分的に透明であり、第1および第2の出射面に直接当たる散乱光の少なくとも幾分かの第1および第2の出射面における入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られ、第2の光学素子が、第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段をさらに含み、デバイスが、第1の光学素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、第1の光学素子が、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただし、n₀<n₁であり、透明な材料が屈折率n₂を有し、ただし、n₀<n₂であり、発光デバイスが光を第1および第2の出射面を通して出力する、発光デバイスにおいて実施することができる。

上述の実施形態およびその他の実施形態の各々は、場合によっては以下の特徴のうちの1つまたは複数を単独でまたは組み合わせて含んでよい。いくつかの実装形態では、第1の出射面は1つまたは複数の発光素子の少なくとも1つの光軸と交差してよく、段は、第1の出射面が第2の出射面に対してくぼむように配置されてよい。いくつかの実装形態では、第1の出射面は1つまたは複数の発光素子の少なくとも1つの光軸と交差してよく、段は、第2の出射面が第1の出射面に対してくぼむように配置されてよい。いくつかの実装形態では、段は反射面を含んでよい。いくつかの実装形態では、段は透過面を含んでよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の出射面の少なくとも一方は半透明であってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は、内部に1つまたは複数の発光素子からの光を放出することのできるエンクロージャを画定するシェルであってよく、シェルは、第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、エンクロージャを通過して第1の表面まで伝搬するように形作られてよい。シェルは、エンクロージャに対して凹状を有してよい。シェルは、楕円形を有してよい。楕円形は、扁長または扁平であってよい。楕円形は、三軸であってもよい。シェルは、1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有してよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに含んでよく、1つまたは複数の反射体はエンクロージャに面しかつエンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有してよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、反射面を有する反射体をさらに含んでよく、反射面と第1の表面は一緒に、内部に1つまたは複数の発光素子からのすべての光を放出することのできるエンクロージャを画定してよい。反射面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。第1の表面はエンクロージャに対して平面状であってもまたは凸状であってもよい。反射面は、鏡面反射部を含んでもまたは拡散反射部を含んでもよい。反射面は、1つまたは複数の発光素子からの光を第1の表面の方へ送るように構成されてよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ第1の表面に光を送るように1つまたは複数の発光素子と第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに含んでよい。第3の素子は、ギャップによって第1の表面から分離されてよい。

いくつかの実装形態では、発光デバイスは、散乱光の上記の部分の一部を発光デバイスから出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、散乱光の上記の部分の一部に基づくセンサ信号を生成するように構成することのできるセンサと、センサと通信し、センサ信号に応答して1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成することのできる制御回路とをさらに含んでよい。センサ信号は、散乱光の上記の部分の一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成されてよい。制御回路は、発光デバイスが経年劣化するかまたは発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて、あるいは発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて、発光デバイスによって放出される光の変化を低減させるように1つまたは複数の発光素子に供給される電力の量を制御してよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子は実質的に一様な有効厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、n₁≒n₂である。いくつかの実装形態では、n₀>1である。いくつかの実施形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られてよい。

いくつかの実装形態では、断面について、出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有してよく、第1および第2の光学素子は、光学的界面上の各点が出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置されてよい。
ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。

値kは、k<n₂であるように正の実数であってよい。いくつかの実装形態では、k/n₂は0.8未満であってよい。いくつかの実装形態では、kは1未満であってよい。いくつかの実装形態では、値kは次式の通りであってよい。

いくつかの実装形態では、光学的界面上の各点は、出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)であってよい。

いくつかの実装形態では、第1の光学素子の対称軸と第2の光学素子の対称軸は同一線上にあってよい。1つまたは複数の発光素子を第1の光学素子の対称軸に対して対称に位置させてよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の光学素子は、軸に沿って延びてよく、軸に沿って実質的に変化しない断面を有してよい。いくつかの実装形態では、出射面は球面または円筒面であってよい。

いくつかの実装形態では、媒質は気体であってよい。気体は空気であってよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の発光素子によって放出される光は青色光または紫外線光を含んでよい。いくつかの実装形態では、散乱中心は、1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含んでよい。変換光は黄色光であってよい。非弾性散乱中心は光変換材料を含んでよい。光変換材料は蛍光体または量子ドット蛍光体を含んでよい。

いくつかの実装形態では、透明な材料はプラスチックまたはガラスであってよい。いくつかの実装形態では、発光デバイスは複数の発光素子を含んでよく、複数の発光素子は異なる色の光を放出してよい。いくつかの実装形態では、非弾性散乱中心は1つであり、かつ弾性散乱中心と同一であってよい。

様々な引用が参照によって本明細書に組み込まれる。定義を含め、本開示と任意の組み込まれた開示が矛盾する場合、本明細書に従うものとする(control)。本明細書において説明する主題の1つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。本主題の他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになろう。

ブリュースターの条件を満たす抽出素子を有するASLV発光デバイスの一例の概略図である。 ASLV発光デバイスの出力光のスペクトルの一例を示す図である。 半球状散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 凹状散乱素子を有する発光デバイスの一例を示す図である。 平坦な散乱素子を有する発光デバイスの一例を示す図である。 平坦な散乱素子と抽出器内部に凹状に形成された回復エンクロージャとを有する発光デバイスの一例を示す図である。 凸状散乱素子を有する発光デバイスの一例を示す図である。 抽出器によって囲まれた球状散乱素子と回復エンクロージャとを有する発光デバイスの一例を示す図である。 凹状散乱素子と突き出たベースを有する回復エンクロージャとを有する発光デバイスの一例を示す図である。 複数の発光デバイスと弾性散乱中心および非弾性散乱中心を含む散乱素子とを有するASLV発光デバイスの一例の概略図である。 弾性散乱中心および非弾性散乱中心を有する散乱素子を含むASLV発光デバイスの出力光のスペクトルの一例を示す図である。 複数の発光デバイスと弾性散乱中心を含む散乱素子とを有するASLV発光デバイスの一例の概略図である。 弾性散乱中心を有する散乱素子を含むASLV発光デバイスの出力光のスペクトルの一例を示す図である。 複数の発光デバイスと、凹状散乱素子と、くぼんだベースを有する回復エンクロージャとを有する発光デバイスの一例を示す図である。 複数の発光デバイスと凹状散乱素子とを有する発光デバイスの一例を示す図である。 システム内ソースフィードバックを有するASLV発光デバイスの一例の概略図である。 発光デバイスのデバイス内フィードバックの構成を示す図である。 発光デバイスのデバイス内フィードバックの構成を示す図である。 発光デバイスのデバイス内フィードバックの構成を示す図である。 ASLV発光デバイスにおいてデバイス内光源フィードバックを行うのに使用されるフィードバック回路の一例の概略図である。 出力光の強度分布を制御する非球面非平面光学的界面を有するASLV発光デバイスの一例の概略図である。 楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 楕円形状散乱素子を有する発光デバイスの別の例の態様を示す図である。 楕円形状散乱素子を有する発光デバイスの別の例の態様を示す図である。 不等の直交軸を含む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 不等の直交軸を含む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 不等の直交軸を含む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 不等の直交軸を含む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 不等の直交軸を含む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 不等の直交軸を含む楕円形散乱素子を有する複数の発光デバイスを使用する細長い発光デバイスの一例を示す図である。 回復エンクロージャを囲む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 回復エンクロージャを囲む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 回復エンクロージャを囲む細長い散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 回復エンクロージャを囲む細長い散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 回復エンクロージャを囲む楕円形セグメントとして形作られた散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 回復エンクロージャを囲む楕円形セグメントとして形作られた散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 回復エンクロージャを囲む楕円形セグメントとして形作られた散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 抽出素子に対してずらされかつ回復エンクロージャを囲む球状散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 抽出素子に対してずらされかつ回復エンクロージャを囲む球状散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 抽出素子に対してずらされかつ回復エンクロージャを囲む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 抽出素子に対してずらされかつ回復エンクロージャを囲む楕円形散乱素子を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 楕円形セグメントとして形作られた抽出器を有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 出力光の強度分布を制御するように配置された3つ以上の部分を含む抽出素子を有するASLV発光デバイスの一例の概略図である。 半球状散乱素子と角ばった半球として形作られた抽出器とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子と角ばった半球として形作られた抽出器とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子と角ばった半球として形作られた抽出器とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子と角ばった半球として形作られた抽出器とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子と交差楕円柱として形作られた抽出器とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子と交差楕円柱として形作られた抽出器とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子と交差楕円柱として形作られた抽出器とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子と交差楕円柱として形作られた抽出器とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 段によって分離された2つの出射面を含む抽出素子を有するASLV発光デバイスの一例の概略図である。 半球状散乱素子と抽出素子の出射面における段とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 半球状散乱素子と抽出素子の出射面における段とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 楕円形散乱素子と抽出素子の出射面における段とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 楕円形散乱素子と抽出素子の出射面における段とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 矩形散乱素子と抽出素子の出射面における段とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 矩形散乱素子と抽出素子の出射面における段とを有する発光デバイスの一例の態様を示す図である。 矩形散乱素子と、段を有し光軸から90°を超えた角度に延びる出射面を含む抽出素子とを有する発光デバイスの一例を示す図である。 矩形台上に配置された複数の色度の発光デバイスと抽出素子の出射面における段とを有する発光デバイスの一例を示す図である。 ワイエルシュトラス部と光導波路とを含む抽出素子を有するASLV発光デバイスの一例の概略図である。 複合抽出素子を有する発光デバイスの一例を示す図である。 複合抽出素子を有する発光デバイスの別の例を示す図である。 複合抽出素子を有する発光デバイスの態様を示す図である。 複数の回転対称散乱素子と共通の細長い抽出素子とを有する発光デバイスの一例を示す図である。 細長い散乱素子と細長い抽出素子とを有する発光デバイスの一例を示す図である。

異なる図中の同じ要素は同じ参照符号で識別される。

図1Aは、発光素子110(LEE)と、散乱素子120(第1の光学素子とも呼ばれる)と、抽出素子130(第2の光学素子とも呼ばれる)と、回復エンクロージャ140とを含む発光デバイス100の一例の概略図を示す。発光デバイス100は、均質化された広帯域の光を広範囲の角度にわたって周囲環境に効率的に送る。

発光素子110は、動作時に光を生成し放出するように構成される。発光素子110によって放出される光のスペクトルパワー分布(ポンプ光とも呼ばれる)はたとえば青色であってよい。可視光のスペクトルパワー分布は色度と呼ばれる。一般に、発光素子110は、発光素子全体にわたって電位差を印加するかまたは発光素子に電流を通過させることによってアクティブ化されたときに、電磁スペクトルの領域または領域の組合せ、たとえば可視領域、赤外線領域、および/または紫外線領域において放射線を放出するデバイスである。発光素子110は、単色放出特性、準単色放出特性、多色放出特性、または広帯域スペクトル放出特性を有してよい。単色または準単色の発光素子の例には半導体発光ダイオード、有機発光ダイオード、ポリマー/ポリメリック発光ダイオード(LED)が含まれる。いくつかの実装形態では、発光素子110は、放射線を放出する単一の特定のデバイス、たとえばLEDダイであり、あるいは/ならびに一緒に放射線を放出する特定のデバイスの複数のインスタンスの組合せであってよい。そのような発光デバイス110は、内部に特定のデバイスが配置されるハウジングまたはパッケージを含んでよい。別の例として、発光素子110は1つまたは複数のレーザを含み、より具体的には垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)および端面発光レーザなどの半導体レーザを含む。半導体レーザを利用する実施形態では、散乱素子がレーザ光の空間コヒーレンスおよび時間コヒーレンスを低下させる(たとえばなすく)ように働き、このことは人が発光デバイスを直接見る可能性がある場合に有利であり得る。発光素子110のさらなる例にはスーパールミネセントダイオードおよびその他のスーパールミネセントデバイスが含まれる。

散乱素子120は、発光素子110から間隔を置いて配置され発光素子110からの光を受け取るように位置する第1の表面(光入射面とも呼ばれる)を有する。散乱素子120は、発光素子110からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む。散乱光は、弾性散乱ポンプ光と非弾性散乱ポンプ光とを含む。弾性散乱ポンプ光は、散乱中心において弾性散乱を受けた光子を含み、非弾性散乱ポンプ光は、散乱中心において非弾性散乱を受けた光子を含む。たとえば、光子のスペクトル分布は、弾性散乱に起因して実質的に変化しないか、または非弾性散乱に起因して変化する。弾性散乱では、たとえば散乱中心において光の屈折を伴う。別の例として、非弾性散乱では、以前に散乱中心によって吸収された光に起因して散乱中心から光が放出される。本明細書において説明する技法に関して、非弾性散乱は一般に、1つの可視入射光子または紫外線(UV)入射光子および1つの可視出射光子に関連付けられる。散乱中心による光の散乱は、光の変換、屈折、および/またはその他の作用、ならびに/あるいはそれらの組合せなどの作用によるものであってよい。1つの散乱中心における非弾性散乱によって生じる複数の出射光子の分布は、たとえば散乱中心が光変換を行う能力に応じて等方的である。複数の散乱中心における弾性散乱によって生じる複数の出射光子の分布は、たとえば散乱中心の形状、配置、および/または組成に応じて等方的である。散乱中心は、各部分がたとえば光の変換、屈折、またはその他の作用によって各光を1つまたは複数の方向に散乱させる1つまたは複数の部分を含んでよい。散乱中心は、物質の組成または構造の不連続部を含む。光の伝搬において所定の乱雑さを実現するには、光が複数の弾性散乱事象を受ける必要がある。したがって、たとえば、光が単に屈折によって光を散乱させる散乱中心との相互作用によって散乱するときに、所定の乱雑さを超えるには複数の散乱事象が必要になる。散乱中心は、たとえば光変換材料(LCM)および/または非光変換材料を含んでよい。LCMを介した光変換は非弾性散乱の形である。

LCMは、以下に図1Bに関連して説明するように、第1のスペクトル分布に従って光子を吸収し、第2のスペクトル分布に従って光子を放出する材料である。光変換、波長変換、および/または色変換という用語は同じ意味で使用される。光変換材料は、たとえば光輝性材料または光変換材料とも呼ばれる。光変換材料は、光輝性物質、蛍光物質、蛍光体、量子ドット、半導体ベースの光変換器などを含んでよい。光変換材料は希土元素を含んでもよい。

図1Bは、青色LEDの放出スペクトル111を示す。青色LEDは、発光デバイス100において発光素子110として使用されてよい。さらに、図1Bは、散乱中心の吸収スペクトル112および放出スペクトル113を散乱光のスペクトル115(後者は点線によって表されている)とともに示す。弾性散乱光のスペクトルパワー分布はポンプ光のスペクトルパワー分布(スペクトル111に相当する)と同じである。さらに、散乱中心の吸収スペクトル112は発光素子によって放出される光のスペクトル111と重なり合う。非弾性散乱光のスペクトルパワー分布はポンプ光とは異なる。たとえば、弾性散乱光はポンプ光スペクトル111よりも長い波長にずれた(たとえば、ストークスシフト)スペクトル113を有する。たとえば、ポンプ光が青色であり、たとえばスペクトル111に相当する場合、非弾性散乱光は全体的に黄色/琥珀色であるという特徴を有することがあり、たとえばスペクトル113に相当する。さらに、散乱光115のスペクトルは、弾性散乱光のスペクトル111と非弾性散乱光のスペクトル113の組合せである。

このように、散乱素子120は、散乱素子120に入射する実質的にすべての光を散乱させ、一方、光の実質的な部分を散乱素子120を通過させることによって、発光素子110から受け取られる光の伝搬方向を実質的にランダム化する。抽出素子130は、出射面を有する、透明なガラスまたは透明な有機ポリマーなどの透明な材料から形成される。抽出素子130の出射面は全体的に、湾曲した透明な表面である。言い換えれば、出射面を通過する散乱光の変化は、概して、たとえば、透過光のさらなる散乱が生じる不透明面または拡散面とは異なり、概してスネルの屈折の法則によって説明され得る。抽出素子130は散乱素子120に接触し、したがって、散乱素子と抽出素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面は散乱素子の第1の表面の反対側にある。散乱素子120は、実質的に均一の厚さを有し、したがって、光学的界面と散乱素子120の第1の表面との間の距離は光学的界面の任意の点について一定である。さらに、抽出素子130は、光学的界面を通って散乱する光が抽出素子130に入射するように配置される。抽出素子130の出射面に直接到達する散乱素子120からの光は順方向光と呼ばれる。

さらに、発光デバイス100は、散乱素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する気体(たとえば、空気)などの媒質を含み、散乱素子120は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含む。第1の表面に到達する散乱素子120からの光は逆方向光と呼ばれる。n₀<n₁であるので、第1の表面は逆方向光の一部のみが低屈折率媒質内に逃げるのを可能にする。抽出素子130の透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂である。したがって、透過する順方向光の量は低屈折率媒質内に送られる逆方向光の量よりも多く、発光デバイス100は散乱光を非対称に伝搬させる。そのような場合、n₀とn₂との間の非対称度に応じて、散乱素子120と抽出素子130との間の光学的界面は、順方向光の透過と逆方向光の透過との比を変化させるのを可能にする。n₂がn₁以上である場合この比における最大非対称度に達する。散乱素子の両側に非対称光学的界面(すなわち、異なる屈折率の不一致)を備える発光デバイスは、非対称散乱光弁(ASLV)またはASLV発光デバイスと呼ばれる。したがって、発光デバイス100はASLV発光デバイス100である。

抽出素子130の出射面は、出射面に直接当たる散乱光が全内部反射(TIR)をほとんどまたはまったく受けない透明な表面である。このように、出射面は、散乱素子から出射面まで直接伝搬し、少なくとも特定の平面内を伝搬する、出射面に当たる光の大部分を透過させ、第1のパスで抽出素子の周囲に出力する。出射面を通って出力される光は、ASLV発光デバイス100によって実現される照明機能または表示機能に使用されてもあるいはASLV発光デバイス100に連動して働く別の光学系によるさらなる操作に使用されてもよい。

いくつかの実装形態では、抽出素子130の出射面は、出射面と同心であり、かつ半径R_ow=R₁/nを有し、ただしnが抽出素子130の屈折率であるそれぞれの概念上の球または円筒によって画定される領域内に光学的界面が配設される、半径R₁を有する球状または円筒状のドームまたはシェルとして形作られる。そのような構成は、ワイエルシュトラス形状またはワイエルシュトラス構成と呼ばれる。球状のワイエルシュトラス形状は、伝搬面とは無関係に対応する概念上のR₁/n球によって囲まれる領域を通過する光線に対してTIRを回避できることに留意されたい。円筒形のワイエルシュトラス形状は、光が対応する概念上のR_ow=R₁/n円筒によって囲まれる領域を通過する場合でもそれぞれの円筒軸と浅い角度で交差する平面内を伝搬する光に対してTIRを示すことができる。

本明細書において説明する他のASLV発光デバイスが、他の形状および/または光学的界面に対する他の幾何学的関係を有する出射面を有することに留意されたい。たとえば、抽出素子130の非球状出射面または非円筒状出射面を使用して光を屈折させ、球状出射面または円筒状出射面の場合とは異なるように出力強度分布を形作るのを助けることができる。ワイエルシュトラス形状の定義は、軸が点pにおけるそれぞれの面法線に相当し、かつ2*Arcsin(k/n)の頂点を有し、ただしkがnよりも小さい正の数である出射面の点pに対する、受光円錐とも呼ばれる円錐内に光学的界面が入ることを要件とすることによって、非円形断面を有する出射面を含むように拡張されてよい。複数のすべての注目する円錐が非零体積を有する空間を囲むように出射面を構成する必要があることに留意されたい。kが、抽出素子130を構成する出射面の一方の側の、n>1を有する光学的に密な媒質を、出射面の反対側の、標準的な温度および圧力条件におけるn〜1.00である空気などの代表的な気体から分離するコーティングされていない出射面におけるTIRの量を決定するパラメータを指すと仮定されることにさらに留意されたい。実施形態に応じて、kは1よりもわずかに大きくてよいが、1よりも小さいことが好ましい。k>1である場合、一部のTIRは抽出素子130内部の出射面の所で生じ得る。いくつかの実施形態では、この場合、光学的界面は、出射面の点pにおいて出射面に垂直な方向に出射面から少なくともR(p)*(1-k/n)だけ離れる。ここで、R(p)は点pにおける出射面の局所曲率半径であり、nは抽出素子130の屈折率である。k=1である球状または円筒状の出射面の場合、注目する円錐によって囲まれる境界はそれぞれ、球状ワイエルシュトラス形状または円筒状ワイエルシュトラス形状に相当する。いくつかの実施形態は、k>1を選択することによってある程度のTIRが可能になるように構成される。そのような場合、k/nはたとえば、k/n<0.8に限定される。

要するに、ASLV発光デバイス100は、光学的界面の半径R₀がR₀≦R_ow=R₁/n以下であり、ただしR₁およびnがそれぞれ、抽出素子130の半径および屈折率である場合にワイエルシュトラス構成を満たすと言われる。同様に、ASLV発光デバイス100の抽出素子130は、屈折率nを有する抽出素子130の半径R₁がR₁≧R_1w=nR_o以上であり、ただしR_oがASLV発光デバイス100の光学的界面の半径である場合にワイエルシュトラス構成を満たすと言われる。

いくつかの実施形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる。この場合、kは、光が少なくとも1つの平面内を伝搬できるように抽出素子130の出射面でのTIRを回避するように1よりも小さいだけでなく、特定のフレネル反射も回避されるほど小さくされる。そのような場合、kとしてはn(1+n²)^-1/2よりも小さい値が選択される。たとえば、球状ワイエルシュトラス形状または円筒状ワイエルシュトラス形状の対称面内を伝搬する光に関しては、半径R₀=R1(1+n²)^-1/2の概念上の同心球または同心円筒によって囲まれる領域内を伝搬する光線が、ブリュースター角以下の角度で出射面に当たる。より一般的には、頂点2^*Arctan(1/n)を有し軸が出射面の点pにおける面法線に相当する点pに対する円錐によって囲まれる方向内から点pに当たるp偏光は、出射面において反射されない。そのような構成は、ブリュースター形状(またはブリュースター構成)と呼ばれ、またはより具体的には、たとえばブリュースター球またはブリュースター円筒と呼ばれる。そのような実施形態では、出射面と光学的界面との間の距離は次式の距離よりも長い。

要するに、ASLV発光デバイス100は、光学的界面の半径R₀がR₀≦R_OB=R₁(1+n²)^-1/2以下であり、ただしR₁およびnが、抽出素子130の半径および屈折率である場合にブリュースター構成を満たすと言われる。抽出素子130の所与の半径R₁について、ブリュースター条件を満たすASLV発光デバイス100の光学的界面が、ワイエルシュトラス条件を満たすASLV発光デバイス100の光学的界面の最大半径R_OWよりも小さい最大半径R_OBを有することに留意されたい。同様に、屈折率nの抽出素子130は、抽出素子130の半径R₁がR₁≧R_1B=nR₀(1+n²)^+1/2以上であり、ただしR₀がASLV発光デバイス100の光学的界面の半径である場合にブリュースター構成を満たすと言われる。ASLV発光デバイス100の光学的界面の所与の半径R₀について、ブリュースター条件を満たす抽出素子130は、ワイエルシュトラス条件を満たす抽出素子130の最大半径R_1Wよりも大きい最小半径R_1Bを有することに留意されたい。

いくつかの実装形態では、抽出素子130は、細長い形状または細長くない形状を有する。本明細書において以下に説明するように、抽出素子130は散乱素子120を部分的または全体的に囲むように形作られてよい。そのような抽出素子130は、1つまたは複数のくぼみまたは空洞と1つまたは複数の開口部または穴を形成する。開口部および穴は、発光素子110から光を受け取り、光を散乱素子120の第1の表面に向けるための開口を形成する。したがって、抽出素子130は、特定の厚さまたは厚さプロファイルを有するシェルまたはその他の形状として形作られる。

いくつかの実装形態では、散乱素子120は抽出素子130によって部分的または完全に囲まれ、光学的界面は、散乱素子の表面の対応する部分を含む。いくつかの実施形態では、抽出素子130と散乱素子120は一体的に形成される。そのような一体的な形成の例では、光学的界面は、対応する一体的に形成された物体の領域間に描かれる概念上の界面であり、したがって、光学的界面は、散乱中心によって形成される界面を実質的に含む。このことは、散乱素子120が、たとえば抽出素子130を形成するのに使用される材料と同じ材料の内部に散乱中心を含むときに当てはまることがある。このように、散乱素子120は、変換特性の所定の空間プロファイルを生成して散乱素子120からの色および/または明るさの均質性を含む所定の光出力プロファイルを実現するようにタイル、ディスク、球状または非球状のシェルまたはドーム、管状、角柱状、またはその他の細長いシェル、あるいはその他の構造として形作られてよい。

さらに、回復エンクロージャ140は、散乱素子の第1の表面に隣接する媒質を囲む。回復エンクロージャ140は、第1の表面を通って媒質内に伝搬する散乱光の幾分かを回復するように配置され構成される。このことは、回復エンクロージャ140は、散乱光の少なくとも幾分かの方向を再び散乱素子120に向かうように変更し、したがって、この光の少なくとも幾分かは散乱素子120から出射して抽出素子130に入る。以下に実施形態を参照して説明するように、回復エンクロージャ140の設計としては、発光素子110に戻る散乱光(発光素子において吸収され得る)の量を低減させる設計が選択されてよい。たとえば、回復エンクロージャ140は、散乱素子120の第1の表面および/またはそのような後方散乱光の方向を変更する1つまたは複数の追加の光学構成要素によって画定されてよく、かつ/あるいは本明細書において以下に説明するような散乱素子の特定の構成によって画定されてよい。たとえば、回復エンクロージャ140は、以下に図4に関連して説明するように散乱素子120の第1の表面および光学カプラによって形成されてよい。別の例として、回復エンクロージャ140は、以下に図6に関連して説明するように中空の抽出素子130の第1の表面によって形成されてよい。回復エンクロージャ140から回復された後方散乱光は、光がASLV発光デバイス100内を伝搬する際の非対称性をさらに顕著化する。

さらに、ASLV発光デバイス100は散乱光を出射面を通して周囲環境内に出力する。ASLV発光デバイス100によって出力された光のスペクトル115が図1Bに示されている。概して、散乱素子120は弾性散乱光と非弾性散乱光を十分に混合することができ、したがって、発光デバイス100から出射した光の色度は、広い範囲の角度にわたって実質的に均一であり、たとえば等方的である。たとえば、発光デバイス100は、たとえば0.1sr以上、0.3sr以上、0.5sr以上、1sr以上、2sr以上、πsr以上、4sr以上、2πsr以上、3πsr以上などの立体角の範囲にわたって5%以下(たとえば、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下)だけ変化する白色点を有する白色光を生成してよい。

一般に、回復エンクロージャ140、散乱素子120、および抽出素子130の形状、サイズ、および組成は一定ではない。各構成要素の特性は、他の構成要素の特性および発光デバイス100の所望の性能に基づいて選択されてよい。これは、後述の発光デバイスの特定の実施形態の説明から明らかになろう。

ASLV発光デバイス100は一般的な照明などの用途に使用されてよい。さらに、ASLV発光デバイス100はディスプレイ照明、たとえば投影ディスプレイ、バックライトLCD、看板などに使用されてよい。

さらに、ASLV発光デバイス100は、本明細書において以下に特定の実施形態について説明するように従来の押出し成形技術および成形技術ならびに従来の組立て技術を使用して製造されてよい。ASLV発光デバイス100の構成要素は、1つまたは複数の有機材料および無機材料、たとえばアクリル、シリコーン、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、Kynar(商標)などのフッ化ポリビニリデン、ラッカー、アクリル、ゴム、Ryton(商標)などの硫化ポリフェニレン(PPS)、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、Noryl(商標)などの酸化ポリフェニレン(PPO)、ガラス、石英、ケイ酸塩、接着剤、その他のポリマー、有機ガラスもしくは無機ガラス、および/または他の材料を含んでよい。

図2Aは、半球状散乱素子220を有するASLV発光デバイス200の一例の態様を示す図である。ASLV発光デバイス200は、発光素子210(たとえば、青色ポンプLED)と、散乱素子220と、抽出素子230と、平坦な反射体245(たとえば、鏡)とを含む。散乱素子120は、発光素子210から間隔を置いて配置され、発光素子210からの光を受け取るように位置する第1の表面215を有する。発光素子210は平坦な反射体245の(たとえば半径Rdを有する)開口部に挿入される。いくつかの実装形態では、反射体245は少なくとも散乱素子220の第1の表面まで延びる。他の実装形態では、反射体245は少なくとも散乱素子230の出射面まで延びる。散乱素子220は、抽出素子230の内側に抽出素子230の半径R₀の空気が充填された半球状エンクロージャ240に隣接して配置され、光学的界面225を形成する。エンクロージャ240は、発光素子210およびその周囲の反射体245を囲む。いくつかの実装形態では、抽出素子230は、抽出素子230がブリュースター構成R₁≧R_1Bを満足するように光学的界面225と同心である半径R1の出射面235を有する。ブリュースター半径は、R_1B=R₀(1+n₁ ²)^+1/2によって与えられ、ただし、R₀はASLV発光デバイス200の光学的界面225の半径であり、n₁は抽出素子230の材料の屈折率を示す。抽出素子230がブリュースター構成を満足すると、出射面235に直接当たる散乱光の出射面235上での入射角がブリュースター角よりも小さくなり、したがって、出射面235に直接当たる散乱光は全内部反射をほとんどまたはまったく受けない。

この例では、不等の屈折率n_pを有する散乱素子220の内側の材料(屈折率n₀)および散乱素子220の外側の材料(屈折率n₁)から光伝搬非対称性が生じる。たとえば、n_p=1.5およびn₀=1.0であり、すなわち、n₀<n_pである場合、第1の表面215に当たる等方分散光子の大部分(〜75%)がTIRによって散乱素子220内に反射され、わずかな部分(〜25%)のみが逆方向に回復エンクロージャ240内に送られ、そこから幾分かの光子が発光素子210に到達することができる。光学的界面225において、条件n_p≦n₁によって、光学的界面225に到達する実質的にすべての光子が抽出素子230内に移り、ブリュースター条件によってさらに、実質的にすべてのこれらの光子がTIRを受けずに出射面235を透過して空気中に達する。わずかな部分(入射角に応じて約〜4%まで)のみが出射面235の所のフレネル反射によって戻される。

図2Bは、球状光学的界面225上の点から放出され半径R₁の球状出射面235の所で反射されたある量270のランバート分散光が、球状出射面235の中心「O」からそのような点までの半径方向距離r=R_O/R_OBにどのように依存するかを示す。図2Bは、光学的界面225が球状であり、したがって、rが光学的界面225の正規化された半径に等しいとさらに仮定した場合に、ある体積の抽出素子280がどのように半径方向距離rに依存するかも示す。半径方向距離r=R₀/R_OBが光学的界面225についてブリュースター半径R_OB=R₁/sqr(1+(_n1)^2)の単位で示され、R₀が光学的界面の(非正規化)半径であることに留意されたい。図2Bに示す状況は屈折率がn₁=1.5である状況を指す。これはプラスチックまたはガラスと空気の界面の例(n₀=1)を表す。反射光の量270は、光学的界面225の半径がブリュースター半径R₀=R_OBまたはr=1であるときの出射面235の所で反射される光の量の単位で示されている。体積280は、光学的界面225の半径がブリュースター半径R₀=R_OBまたはr=1であるときの半径R1の抽出素子230の体積の単位で示されている。図2Bに表されるrの上限はr=1.2であり、ワイエルシュトラス半径R_0W=R₁/n₁に相当する。図2Bに示すように、光学的界面225のrをワイエルシュトラス半径(R₀=R_OWまたはr=1.2)からブリュースター半径(R₀=R_OBまたはr=1)に小さくすると、反射光の量270が50%未満に減り、一方、抽出素子230の体積280が20%未満だけ増える。ASLV発光デバイス200がブリュースター条件r≦1を満足する状況では、出射面235に当たる光の最大入射角はブリュースター角よりも小さく、したがって、法線入射に近くなる。ブリュースター限界r≦1よりも低い場合、フレネル反射損失270は法線入射の反射係数の値の約20%以内である((n₁/n₂-1)/(n₁/n₂+1))^2。法線入射は「点状」光学的界面、すなわちr=0に相当する。

このように、ブリュースター条件r=1における抽出素子230の体積280は、有利なことにフレネル反射のみを受ける(r=0)抽出素子230の体積よりも20%少ないが、この場合、不利なことに反射損失が20%増大する。一方、ブリュースター条件r=1における抽出素子230の体積280は、ワイエルシュトラス条件r=1.2における抽出素子230の体積280と比較して不利なことに20%増えるが、この場合、有利なことに反射損失が50%よりも多く低減する。したがって、ブリュースター半径R_OBにほぼ等しい半径R₀を有する光学的界面225を含むASLV発光デバイス200は、合理的な性能/費用比を実現する。いくつかの実装形態では、ASLV発光デバイス200は、ほぼ0.9^*R_OB、0.75^*R_OB、または0.5^*R_OBである半径R₀を有する光学的界面225を有するように製造されてよい。いくつかの実装形態では、ASLV発光デバイス200は、ほぼ1.05^*R_OBまたは1.1^*R_OBである半径R₀を有する光学的界面225を有するように製造されてよい。

図2Aに示すASLV発光デバイス200の構造は、(1)散乱素子220から回復エンクロージャ240に入りポンプに向かう後方散乱を最低限に抑え、(2)大部分の後方散乱した光子が散乱素子220に戻されるようにし、反射体245上での反射事象を1回以下に抑え、(3)散乱素子220と抽出素子230との間の屈折率整合光学的界面225に達するあらゆる光子について第1のパスを抽出器230内に送ることによって損失傾向をもつ散乱素子220において光子が使用する平均時間を低減することで、内部光子損失を低減させる。ASLV発光デバイス200は、(たとえば、蛍光体220と抽出器230との間にエアギャップを有するかまたは非常に薄い抽出器シェル230を有する)対称構造と比較して、ASLV発光デバイス200は発光素子210と散乱素子220との間の光子回復エンクロージャ240における光子損失または散乱素子220内の吸収損失を約係数3xだけ低減させる。

図2Dは、ASLV発光デバイス200と同様なASLV発光デバイスによって出力された強度分布290を示す。この例では、ASLV発光デバイス200が幾分かの光を逆方向に出力することが望ましいので、反射体245は抽出素子230の出射面235まで延びる。このように、強度分布290は順方向バイアスを有するが、散乱素子220の上部から生じて抽出器230の下縁部の方へ伝搬する光が光軸z軸から>90°の角度に屈折されるので>2π srの立体角をカバーする。

図2Cに示すASLV発光デバイス200の例は、出射面235の縁部を越えて延び散乱光の大部分を順方向(たとえば、z軸の正の方向)に向ける反射体245を有する。図2Dに示すASLV発光デバイスによって出力される光の強度分布も出射面235の外側の反射体形状に依存する。たとえば、出射面235の外側に延びる反射体245は、出力強度分布を狭くするように上向き、たとえば+z方向に湾曲または屈曲されてよい。回復エンクロージャ240において光子を効果的に回復するには、散乱光を散乱素子220に戻すように反射率の高い材料から反射体245を製造することが重要である。

まず、同じ反射率を有する鏡面反射体および拡散反射体245はASLV発光デバイス200において同等の性能を示すと考えられる。ブリュースター抽出素子235と反射体245の交差点では、ある拡散率が導波モードを抑制する助けになり、このようなモードを「エスケープ」モード(すなわち、ASLV発光デバイス200から漏れるかまたは逃げるモード)に変換する。選択される拡散率は一定でなくてよい。いくつかの反射材料は、拡散率が高くなると反射率がわずかに低下する。選択される拡散率は、効率を考慮するとともに角度強度分布などの他のランプ設計パラメータを考慮することによって決定されてよい。

本明細書では、散乱素子の細長い実施形態の特定の例について以下に図19〜図25に関連して説明する。本明細書では、抽出素子の細長い実施形態の追加の例について以下に図28および図30〜図31に関連して説明する。

上述の実施形態は半球状散乱素子を含むが、本明細書において以下に説明するように散乱素子の他の凹形状も考えられる。たとえば、図3は、大部分が凹状である散乱素子320を有するASLV発光デバイス300を示す。発光デバイス300は、反射体345の開口部に挿入された発光素子310と、ポンプ310を囲み、かつ反射体345を取り囲む抽出素子330の空気が充填された回復エンクロージャ340の内側に堆積させた散乱素子320とを含む。散乱素子320は、均一の厚さを有し、抽出素子330と光学的界面325を形成し、したがって、抽出素子330の屈折率n₁は散乱素子320の屈折率n_p以上である。抽出素子330は、光学的界面325の範囲の大部分についてブリュースター条件を満足する半径R₁の出射面335を有する。具体的には、図3に示す例において、光学的界面325は出射面335と同心の半径R_OBの公称球内に含まれる。そのような凹状散乱素子を有する発光デバイスの他の例について以下に説明する。

図4は、平面状散乱素子420を有する、断面図で示されたASLV発光デバイス400の一例を示す。ASLV発光デバイス400は、散乱素子420に加えて、抽出素子410と一次光学サブシステム402とを含む。この例では、ASLV発光デバイス400は電球として構成される。一次光学サブシステム402はLEE460と光学カプラ450とを含む。ASLV発光デバイス400は、LEE460を通過する軸zに対して回転対称である。

動作時には、発光素子460がポンプ光を放出し、ポンプ光の少なくとも幾分かが光学カプラ450を通って散乱素子420の光入射面415の方へ伝搬する。光学カプラ450は、LEE460からの光の急な入射角を維持するように発光素子460からの光をコリメートするように構成される。急な入射角を維持すると光入射面415においてフレネル反射の量が低減し、後方反射される光源光の全体的な量が低減し、したがって、ASLV発光デバイス400の全体的な効率が向上すると考えられる。光学カプラ450は、鏡面反射マントル、拡散反射マントル、TIR反射マントル、またはその他の反射性マントル451を実現するように構成されてよい。したがって、光学カプラ450は、実質的に中実の物体または空洞を有する物体として構成されてよい。

光学カプラ450は、円錐状の断面を有し、名目上z軸に対して回転対称である。概して、他の形態の光カプラを使用してよい。たとえば、光学カプラは、正多角形または不規則多角形の断面あるいはその他の構成の断面を有してよい。実施形態に応じて、光学カプラ450は、散乱素子420から光入射面415を通って光学カプラ450の方へ逃げて光入射面415に戻る光の少なくとも幾分かの方向を変更するように構成される。このようにして、光学カプラ450および散乱素子420の光入射面415がASLV発光デバイス400の回復エンクロージャを形成する。

光学カプラ450は、TIRコーティングおよび/または反射性コーティングを使用して光の方向を定めてよく、したがって、中実または中空の物体として構成されてよい。カプラ450は、屈折率が1よりも大きい材料を含む散乱素子420から受け取られた光の回復をさらに向上させるように、エアギャップによって反射性マントル451から分離された白色表面、メタリック表面、またはその他の表面を有する拡散反射性、鏡面反射性、またはその他の反射性を有する円錐状開口部を構成する追加の光学素子と組み合わせて使用される。そのような追加の光学素子の反射面は、反射性マントル451を通って光学カプラ450から逃げる光を反射し場合によっては拡散させ、それによって、逃げた光が光学カプラ450に光入射面415の方へ伝搬するような方向へ再入射する機会を向上させる。光学カプラは、たとえば複合放物集光器、円錐素子、またはその他の素子として構成されてよい。

いくつかの実装形態では、抽出素子410は半径R₁の中実の球状ドームであり、散乱素子420は円形のディスクである。いくつかの実装形態では、抽出素子はゲルまたは液体を含んでよい。この例では、散乱素子420は抽出素子410に当接して光学的界面425を形成する。散乱素子420は、アクティブ(たとえば、非弾性)散乱中心およびパッシブ(たとえば、弾性)散乱中心を含む。光学素子410および420ならびに一次光学サブシステム402は、散乱素子420と光学カプラ450との間にギャップ440を維持する適切な支持構造によって所定の位置に保持される。ギャップ440は、1つまたは複数のLEE460によって生成される青色ポンプ光から拡散白色光を生成するのに使用される。

ギャップ440は空気、何らかの他の気体によって充填されてもまたは排気されてもよい。ギャップ440は、実質的に均一の厚さを有するように示されているが、より一般的には、ギャップ440は厚さが一定でなくてもよい。さらに、ギャップ440は比較的幅が狭くてよい。たとえば、ギャップ440は厚さが約1mm以下であってよい(たとえば、0.5mm以下、0.2mm以下)。

上述のように、散乱素子420は、発光素子460に面する光入射面415を有する平面状素子である。

エアギャップ440の外周を介して散乱素子420内に送られることなく逃げて、したがって失われるかまたは望ましくない色度効果を生じさせる(たとえば、不要な青色光)ことがあるLEE460からの光の量を低減させるために、いくつかの手段を使用してよい。そのような手段には、たとえば、エアギャップ440の厚さを薄くすること、散乱素子420の幅を広げること、任意の内側反射面を有する非透過リングをエアギャップの周囲に配設すること、および/またはその他の手段が含まれる。

抽出素子410は、屈折率nを有する透明な材料を含む。散乱素子420は、ブリュースター半径R_OBの概念上の球によって画定される空間の一部内に配設される。このことは、光学的界面425から放出され出射面401に入射する光がブリュースター条件を満足し、出射面での入射角としてブリュースター角よりも大きい角度に限定されることを意味する。1つまたは複数のLEE460からの光が光学カプラ450によってエアギャップ440を介して光入射面415に案内され、散乱素子420内に案内される。
エアギャップ440からの光の散乱素子420内への透過は、フレネル損失に起因して入射角に応じたある程度の反射を受けることがあるが、散乱素子420の光学密度がより高いので全内部反射は受けない。しかし、散乱素子420内を伝搬し、界面法線に対して臨界角よりも大きい角度で光入射面415に当たる光はTIRを受ける。

散乱素子420に入射する光の幾分かは、散乱素子420によって非弾性的に散乱され、それによって波長変換され、光の伝搬方向がランダム化される。他の部分は、散乱素子420を通過し、それによって同じく光の伝搬方向がランダム化されるので、波長変換を受けずに弾性的に散乱される。光は、光の伝搬方向において所定のレベルのランダム化を実現するために複数の弾性散乱事象を受けることが必要になることがある。後方散乱されるかまたは場合によっては散乱素子420内から光入射面415の方へ送られる光は、光入射面415に対する光の入射角に応じてTIRを受けることがある。同じことが二次表面417に当たる光にも当てはまる。したがって、そのような光は散乱素子420および/または抽出素子410内に戻るように方向を変更されることが好ましい。

図5は、平面状散乱素子520を含むASLV発光デバイスの別の例を示す。ASLV発光デバイス500は、支持部材590上に動作可能に配設された発光素子530(たとえば、LEEダイ)を含む。発光素子530は、発光素子530に電力を供給するための電気的相互接続部を備える。発光素子530は、発光素子530から光の所定の光学的抽出を行うように構成されたテクスチャ加工された表面531を有する。散乱素子520が、発光素子530に動作可能に関連付けられ、低屈折率媒質540によって分離される。低屈折率媒質540は、空気または散乱素子520の屈折率よりも低い屈折率を実現するその他の材料であってよい。

散乱素子520幅および発光素子530から散乱素子520までの距離は、散乱素子520が動作条件の下で発光素子530によって放出される光の所定の部分を取り込むことができるように発光素子530の発光パターンに基づいて決定される。発光素子530の発光パターンが所定のダイバージェンスを有するので、散乱素子520は発光素子530よりも幅が広い。ダイバージェンスは、発光素子530の特性および発光素子530と低屈折率媒質540との間の光学境界の特性に依存する。

散乱素子520は、発光素子530を囲む周辺エンクロージャ525によって支持される。周辺エンクロージャ525および散乱素子520は、実施形態に応じて同じ材料で形成されてもまたは異なる材料で形成されてもよい。周辺エンクロージャ525と散乱素子520は一体的に形成されてもまたは他の形態に形成されてもよい。周辺エンクロージャ525は、ポンプ光が発光素子530から逃げるのを妨げるように発光素子530を囲んでいる。したがって、周辺エンクロージャ525は、ポンプ光を変換光に変換し、散乱素子520によって生成される光と同様の特性を有する混合光を生成するように構成されてよい。周辺エンクロージャ525は、散乱素子520と支持部材590との間を適切に熱接触させるようにさらに構成されてよい。

抽出素子510は、屈折率nを有する透明な材料から形成され、回転対称ドーム、たとえば半径R₁の球のセグメントとして構成される。散乱素子520は矩形プレートとして構成される。図5に示す例では、散乱素子520および抽出素子510はブリュースター条件に従って構成される。したがって、散乱素子520は、ドーム球510の出射面515と同心の半径R_OBの概念上の球内に含まれる。散乱素子520は弾性散乱と非弾性散乱とを含む。この例示的なLEEは、発光素子530によって生成される青色ポンプ光から拡散白色光を生成するのに使用される。

発光素子530に近接する低屈折率媒質の一部が、低屈折率媒質よりも光学密度が高く、かつ残りの低屈折率媒質との光を適切に透過させる光学的界面を形成する封止材(たとえば、シリコーン封止材または有機封止材)と置き換えられてよいことに留意されたい。そのような構成は、より複雑であり、場合によってはLEEパッケージがより大型化するが、例ASLV発光デバイス500の構成と比較して発光素子530から低屈折率媒質への光抽出作用を向上させることができる。

前述の実施形態は平面状散乱素子を備えるが、概して、散乱素子の形状はそのように限定されない。図6は、凸状散乱素子620を有するASLV発光デバイス600の一例を示す図である。ASLV発光デバイス600は、散乱素子620に結合され凸状光学的界面625を形成する抽出素子630をさらに含む。抽出素子630の屈折率n₁は散乱素子620の屈折率以上である。抽出素子630は、半径R₁のドーム状に形作られた出射面635を有する。

凸状散乱素子620は、出射面635と同心のブリュースター半径R_OBの概念上の球によって画定される空間の部分内に配設される。このことは、光学的界面625から放出され出射面635に入射する光がブリュースター条件を満足し、出射面での入射角についてブリュースター角よりも大きい角度に限定されることを意味する。

ASLV発光デバイス600は、たとえば中空の反射体として構成された光学カプラ645をさらに含む。光学カプラ645には、低屈折率媒質、たとえば空気または不活性ガスが充填される。この構成では、光学カプラ645の中空の反射体と発光素子610に面する散乱素子620の表面との組合せがASLV発光デバイス600の回復エンクロージャ640を形成する。

ASLV発光デバイス600はASLV発光デバイス400と同様の構造を有するが、発光デバイス600の抽出素子630は発光デバイス400の抽出素子610よりも高いパワーを有する。このように、ASLV発光デバイス600は(+z軸に沿った)より強い順方向バイアスを有する。

前述の実施形態では、ASLV発光デバイスは、少なくとも1つの反射面を備える回復エンクロージャを備える。しかし、いくつかの実施形態では、回復エンクロージャは反射面を有さなくてよい。たとえば、図7は、抽出器710によって囲まれた凹状散乱素子720と回復エンクロージャ740とを有するASLV発光デバイス700の例を示す。ASLV発光デバイス700は、回転対称の全体的に球状の構成を有し、抽出素子710と、散乱素子720と、動作条件の下で青色光を放出するように構成された発光デバイス760とを含む。散乱素子720は、アクティブ散乱中心とパッシブ散乱中心とを含み、発光デバイス760によって生成された青色光の幾分かを変換して白色光を生成するように構成される。抽出素子710および散乱素子720は、マルチショットプロセスにおいて射出成形されてよい。ASLV発光デバイス700は、たとえば、電源、駆動電子機器、電気接続部、および冷却要素との電気機械接続を確立するためのソケットをさらに含んでよい。

抽出素子710および散乱素子720は、屈折率がたとえば約1.5〜1.7以上である材料を含む。抽出素子710および散乱素子720は入れ子式の球状シェルとして構成される。散乱素子720は、低屈折率媒質、たとえば空気または不活性ガスが充填された中空の回復エンクロージャ740として形成された空洞を含む。散乱素子720は、壁717によって囲まれた開口を画定し、発光デバイス760の各側面に実質的に当接し、したがって、作動状態の間に発光デバイス760からの実質的にすべての光が回復エンクロージャ740に放出される。

回復エンクロージャ740内から見た、散乱素子720自体に対して散乱素子720によって占有される立体角は、2πに近くてよく、または場合によっては2πマイナスエプシロンと呼ばれる。同様に、回復エンクロージャ740内の点に対して散乱素子720によって占有される立体角は、4πに近くてよく、または場合によっては4πマイナスエプシロンと呼ばれる。同じことが複数の発光デバイス760を有する実施形態における全累積立体角に当てはまる。対応する発光デバイスは、上記のことに応じて参照することができる。したがって、散乱素子720から生じて発光デバイス760に当たる光の量と散乱素子720に当たる光の量との比は、ASLV発光デバイス700の幾何学的態様によってある程度調節されてよい。

抽出素子710の出射面は球面であり、半径R₁を有する。散乱素子720は、ブリュースター半径R_OBの概念上の球によって画定される空間の一部内に抽出素子710と同心に配設される。図7に示す例では、散乱素子720と抽出素子との間に形成される光学的界面は実質的にブリュースター球である。このことは、光学的界面720から放出され抽出素子710の出射面に入射する光がブリュースター条件を満足し、出射面での入射角についてブリュースター角よりも大きい角度に限定されることを意味する。

回復エンクロージャ740から散乱素子720内に伝搬する光は、フレネル損失に起因して入射角に応じたある程度の反射を受けるが、散乱素子720の光学密度が回復エンクロージャ740内部の低屈折率媒質よりも高いので全内部反射は受けない。再び回復エンクロージャ740に向けられかつTIRを受けない散乱素子720内部からの光は、散乱素子720から回復エンクロージャ740内に逃げる。どちらの種類の光も、吸収されずに回復エンクロージャ740内を伝搬し、散乱素子720上のどこかに当たり、再循環されてASLV発光デバイス700によって出力される光になるか、または発光デバイス760に当たって熱に変換される可能性が高くなることがある。散乱素子720の直径に対する発光デバイス760のサイズに応じて、後方散乱された光が熱となって失われる可能性が比較的低くなることがあり、ASLV発光デバイス700の光学効率が比較的高くなることがある。

散乱素子720から抽出素子710内に散乱する光は、ASLV発光デバイス700がブリュースター条件を満足するので出射面の所でTIRを受けない。しかし、フレネル反射に起因して、そのような光の幾分かのみがASLV発光デバイス700の周囲領域に送られる。反射された部分は散乱素子720と相互作用し、それに応じて伝搬する。

図8は、凹状散乱素子820と突き出たベース850を有する回復エンクロージャ840とを有するASLV発光デバイス800の一例を示す図である。ASLV発光デバイス800は、発光素子860と、散乱素子820と、回復エンクロージャ840とをさらに含む。発光素子860は、動作条件の下で青色光を放出するように構成される。散乱素子820は、抽出器810によって少なくとも部分的に囲まれる。さらに、散乱素子820は、アクティブ散乱中心とパッシブ散乱中心とを含み、発光デバイス860によって生成された青色光の幾分かを変換して白色光を生成するように構成される。抽出素子810および散乱素子820は、屈折率がたとえば約1.5〜1.7以上である材料を含む。回復エンクロージャ840には、低屈折率媒質、たとえば空気または不活性ガスが充填される。ASLV発光デバイス800は、電源、駆動電子機器、電気接続部、および冷却要素との電気機械接続を確立するためのソケットにベース850を介して結合される。

ASLV発光デバイス800は、球状セグメントの(z軸に対して)回転対称構成を有する。抽出素子810および散乱素子820は、球状セグメントとして形作られた入れ子式シェルとして構成される。さらに、抽出素子810および散乱素子820は、マルチショットプロセスにおいて射出成形されてよい。抽出素子810は、環状の平坦な表面817を含む。いくつかの実装形態では、環状の表面817は、散乱光を散乱素子820から抽出素子810の出射面に反射する反射体を含む。他の実装形態では、環状の表面817はコーティングされず、散乱素子820からの散乱光は、環状の表面817の所で抽出素子810の出射面の方へ内部反射するかまたは抽出素子810の出射面を透過して周囲に達し得る。ASLV発光デバイス800によって環状の表面817を通して出力される光は、強度分布の逆方向部分として出力される。

発光素子860はベース850の頂面上に取り付けられる。散乱素子820は、環状の表面817の内径に揃えられてベース850を収容する開口を画定し、したがって、発光素子860からの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ840に放出される。ベース850は、回復エンクロージャ840内部に突き出し、円錐台またはピラミッドとして形作られる。ベース850の側面は、回復エンクロージャ840に面するように配置され、散乱素子820から後方散乱される黄色光および青色光を反射するように構成された反射性コーティングを有する。このように、回復エンクロージャ840は、散乱素子820の光入射面と突き出したベース850の反射側面との組合せによって形成される。

回復エンクロージャ840から散乱素子820内に伝搬する光は、フレネル損失に起因して入射角に応じたある程度の反射を受けるが、散乱素子820の光学密度が回復エンクロージャ840内部の低屈折率媒質よりも高いので全内部反射は受けない。再び回復エンクロージャ840に向けられかつTIRを受けない散乱素子820内部からの光は、散乱素子820から回復エンクロージャ840内に逃げる。どちらの種類の光も、吸収されずに回復エンクロージャ840内を伝搬し、(i)散乱素子820上のどこかに当たり、再循環されてASLV発光デバイス800によって出力される光になるか、または(ii)発光素子820に再入射する前にベース850の側面から1回反射されるか、または(iii)発光デバイス860に当たって熱に変換される可能性が高くなることがある。散乱素子820の直径に対する発光デバイス860のサイズに応じて、後方散乱された光が熱となって失われる可能性が比較的低くなることがあり、ASLV発光デバイス800の光学効率が比較的高くなることがある。

抽出素子810の出射面は球面であり、半径R₁を有する。散乱素子820は、ブリュースター半径R_OBの概念上の球によって画定される空間の一部内に抽出素子810と同心に配設される。図8に示す例では、散乱素子820と抽出素子との間に形成される光学的界面は実質的にブリュースター球である。このことは、散乱素子820から放出され抽出素子810の出射面に入射する光がブリュースター条件を満足し、出射面での入射角についてブリュースター角よりも大きい角度に限定されることを意味する。散乱素子820から抽出素子810内に散乱する光は、ASLV発光デバイス800がブリュースター条件を満足するので出射面の所でTIRを受けない。しかし、フレネル反射に起因して、そのような光の幾分かのみがASLV発光デバイス800の周囲領域に送られる。反射された部分は散乱素子820と相互作用し、それに応じて伝搬する。

ASLV発光デバイスの上述の実施形態の各々は単一の発光素子を含むが、実施形態は概して、複数の発光素子を含んでよい。図9Aを参照すると分かるように、ASLV発光デバイス900は第1および第2の発光素子910を含む。ASLV発光デバイス900は、散乱素子920(第1の光学素子とも呼ばれる)と、抽出素子930(第2の光学素子とも呼ばれる)と、回復エンクロージャ940とをさらに含む。

第1の発光素子は、動作時に第1のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成され、第2の発光素子は、動作時に第1のスペクトルパワー分布とは異なる第2のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成される。第1の発光素子によって放出される光(ポンプ光とも呼ばれる)のスペクトルパワー分布は青色であってよく、第2の発光素子によって放出される光のスペクトルパワー分布はたとえば赤色であってよい。散乱素子920は、第1および第2の発光素子910から間隔を置いて配置され第1および第2の発光素子910からの光を受け取るように位置する第1の表面(光入射面とも呼ばれる)を有する。散乱素子920は、第1の発光素子からの青色光を、実質的に等方的に散乱される変換光、たとえば黄色光に変換するように配置された非非弾性散乱中心と、第2の発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させるように配置された弾性散乱中心とを含む。このようにして、散乱素子920は、第2の発光素子からの赤色散乱光と黄色変換光とを含む混合光を生成し、したがって、混合光は(黄色と赤色とを含む)混合スペクトルパワー分布を有する。いくつかの実装形態では、散乱素子920の弾性散乱中心は、第1の発光素子からの光の幾分かをさらに実質的に等方的に散乱させる。そのような場合、散乱素子920は、第2の発光素子からの赤色散乱光と、第1の発光素子からの青色散乱光と、黄色変換光とを含む混合光を生成し、したがって、混合光は(青色と黄色と赤色とを含む)混合スペクトルパワー分布を有する。

図9Bは、青色LEDの放出スペクトル911および赤色LEDの別の放出スペクトル914を示す。青色LEDおよび赤色LEDはそれぞれ、ASLV発光素子デバイス900において第1の発光素子および第2の発光素子として使用されてよい。さらに、図9Bは非弾性散乱中心の吸収スペクトル912および放出スペクトル913を示す。非弾性散乱中心の放出スペクトル913は変換光のスペクトルに相当する。散乱された赤色光または青色光のスペクトルパワー分布はそれぞれ、第2の発光素子または第1の発光素子のスペクトルパワー分布(それぞれスペクトル914または911に対応する)と同じである。さらに、散乱中心912の吸収スペクトルは第1の発光素子910によって放出される光のスペクトルと重なり合う。変換光のスペクトルパワー分布はポンプ光とは異なる。たとえば、変換光はポンプ光スペクトル911よりも長い波長にずれた(たとえば、ストークスシフト)スペクトル913を有する。たとえば、ポンプ光が青色であり、たとえばスペクトル911に相当する場合、変換光は全体的に黄色/琥珀色であるという特徴を有することがあり、たとえばスペクトル913に相当する。さらに、図9Bは、青色ポンプ光が完全に黄色光に変換される場合に相当する混合光のスペクトル915(点線で表されている)を示す。この場合、混合光915のスペクトルは、弾性散乱赤色光のスペクトル914と変換黄色光のスペクトル913の組合せである。さらに、図9Bは、混合光の別のスペクトル917(点線で表されている)を示す。混合光917のスペクトルは、弾性散乱青色光および弾性散乱赤色光のスペクトル911および914と変換黄色光のスペクトル913の組合せである。

再び図9Aを参照すると分かるように、抽出素子930は、出射面を有する透明な材料から形成される。出射面は全体的に湾曲した透明な表面である。言い換えれば、出射面を通過する散乱光の変化は、たとえば、透過光の散乱が生じる不透明面または拡散面とは異なり、概してスネルの屈折の法則によって説明され得る。抽出素子930は散乱素子920に接触し、したがって、散乱素子と抽出素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面は散乱素子920の第1の表面の反対側にある。さらに、抽出素子930は、混合光の幾分かが光学的界面を通って抽出素子930に入射するように配置される。

さらに、ASLV発光デバイス900は、散乱素子920の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、散乱素子920は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含む。透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂である。さらに、回復エンクロージャ940は、散乱素子920の第1の表面に隣接する媒質を囲む。回復エンクロージャ940は、第1の表面を通って媒質内に伝搬する混合光の幾分かを回復するように配置され構成される。いくつかの実装形態では、抽出素子930の出射面は、散乱素子920によって生成され出射面に直接当たる混合光の出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面である。この場合、抽出素子930は、上記に図1Aに関連して説明したようにワイエルシュトラス条件を満足していると言う。いくつかの実装形態では、抽出素子930の出射面は、散乱素子920によって生成され出射面に直接当たる混合光の出射面上での入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる。この場合、抽出素子930は、上記に図1Aに関連して説明したようにブリュースター条件を満足していると言う。さらに、ASLV発光デバイス900は混合光の所定の部分を出射面を通して周囲環境内に出力する。上述のように、ASLV発光デバイス900によって出力された光のスペクトル915および917の例が図9Bに示されている。

ASLV発光デバイスの上述の実施形態は、弾性散乱中心と非弾性散乱中心とを含む散乱素子と組み合わされた複数の発光素子を含むが、実施形態は概して、弾性散乱中心のみを含む散乱素子と組み合わされた複数の発光素子を含んでよい。図10Aは、第1および第2の発光素子1010と、散乱素子1020(第1の光学素子とも呼ばれる)と、抽出素子1030(第2の光学素子とも呼ばれる)と、回復エンクロージャ1040とを含むさらに別のASLV発光デバイス1000の一例の図を示す。

第1の発光素子は、動作時に第1のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成され、第2の発光素子は、動作時に第1のスペクトルパワー分布とは異なる第2のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成される。たとえば、第1の発光素子によって放出される光のスペクトルパワー分布は青色であってよく、第2の発光素子によって放出される光のスペクトルパワー分布はたとえば赤色であってよい。散乱素子1020は、第1および第2の発光素子1010から間隔を置いて配置され第1および第2の発光素子1010からの光を受け取るように位置する第1の表面(光入射面とも呼ばれる)を有する。散乱素子1020は、第1および第2の発光素子1010からの光を実質的に等方的に散乱させ、第1の発光素子からの青色光と第2の発光素子からの赤色光とを含む混合光を生成し、したがって、混合光が(青色と赤色とを含む)混合スペクトルパワー分布を有するように配置された弾性散乱中心を含む。いくつかの実装形態では、ASLV発光デバイス1000は、動作時にそれぞれ、第3および第4のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第3および第4の発光素子を含む。たとえば、第3のスペクトルパワー分布は緑色であり、第4のスペクトルパワー分布は黄色である。この場合、散乱素子の弾性散乱中心は、第3および第4の発光素子からの光をさらに実質的に等方的に散乱させる。そのような場合、散乱素子1020は、第2の発光素子からの赤色散乱光と、第1の発光素子からの青色散乱光と、第3の発光素子からの緑色散乱光と、第4の発光素子からの黄色散乱光とを含む混合光を生成し、したがって、混合光は(青色と緑色と黄色と赤色とを含む)別の混合スペクトルパワー分布を有する。

図10Bは、青色LEDの放出スペクトル1011および赤色LEDの別の放出スペクトル1014を示す。青色LEDおよび赤色LEDはそれぞれ、ASLV発光素子デバイス1000において第1の発光素子および第2の発光素子として使用されてよい。さらに、図9Bは、ASLV発光デバイスが青色LEDと赤色LEDとを含む場合に相当する混合光のスペクトル1015(破線で表されている)を示す。この場合、混合光のスペクトル1015は弾性散乱青色光および弾性散乱赤色光のスペクトル1011とスペクトル1014の組合せである。さらに、図10Bは、緑色LEDの放出スペクトル1012および黄色LEDの別の放出スペクトル1013を示す。緑色LEDおよび黄色LEDはそれぞれ、ASLV発光素子デバイス1000において青色LEDおよび赤色LEDとともに第3および第4の発光素子として使用されてよい。さらに、図10Bは、発光デバイスが青色LEDと緑色LEDと黄色LEDと赤色LEDとを含む場合に相当する混合光の別のスペクトル1017(点線で表されている)を示す。この場合、混合光のスペクトル1017は弾性散乱青色光、弾性散乱緑色光、弾性散乱黄色光、および弾性散乱赤色光のスペクトル1011、1012、1013、および1014の組合せである。

再び図10Aを参照すると分かるように、抽出素子1030は、出射面を有する透明な材料から形成される。出射面は全体的に湾曲した透明な表面である。言い換えれば、出射面を通過する混合光の変化は、たとえば、透過光の散乱が生じる不透明面または拡散面とは異なり、概してスネルの屈折の法則によって説明され得る。抽出素子1030は散乱素子1020に接触し、したがって、散乱素子と抽出素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面は散乱素子の第1の表面の反対側にある。さらに、抽出素子1030は、混合光の幾分かが光学的界面を通って抽出素子1030に入射するように配置される。

さらに、ASLV発光デバイス1000は、散乱素子1020の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、散乱素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含む。透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂である。さらに、回復エンクロージャ1040は、散乱素子1020の第1の表面に隣接する媒質を囲む。回復エンクロージャ1040は、第1の表面を通って媒質内に伝搬する混合光の幾分かを回復するように配置され構成される。いくつかの実装形態では、出射面は、散乱素子1020によって生成され抽出素子1030の出射面に直接当たる混合光の出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面である。この場合、抽出素子1030は、上記に図1Aに関連して説明したようにワイエルシュトラス条件を満足していると言う。いくつかの実装形態では、出射面は、散乱素子1020によって生成され抽出素子1030の出射面に直接当たる混合光の出射面上での入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる。この場合、抽出素子1030は、上記に図1Aに関連して説明したようにブリュースター条件を満足していると言う。さらに、ASLV発光デバイス1000は混合光を出射面を通して周囲環境内に出力する。上述のように、ASLV発光デバイス1000によって出力された光のスペクトル1015および1017の例が図10Bに示されている。

図11は、複数の発光デバイス1160を有するそのようなASLV発光デバイス1100を示す。さらに、ASLV発光デバイス1100は、凹状散乱素子1120とくぼんだベースを有する回復エンクロージャ1140とを含む。ASLV発光デバイス1100は全体的に球状の構成を有する。発光デバイス1160は、くぼみを有する基板上に動作可能に配設されたポンプ(たとえば、青色)LEDパッケージと赤色LEDパッケージとを含む。LEDパッケージに隣接する表面1150は、くぼんだ円板として形成され、表面1150に当たった光を効果的に回復エンクロージャ1140内に戻すように鏡面反射性を有する。この表面1150は、拡散反射性を有してもまたは混合拡散鏡面反射性を有してもよい。LEDパッケージは基板のくぼみ内に配設される。基板の形状はビーム形状に影響を与えるように変更されてよい。

散乱素子1120はアクティブ散乱中心とパッシブ散乱中心とを含む。アクティブ散乱中心は、発光素子デバイス1160によって生成された光を黄色/琥珀色光に変換する(非弾性散乱させる)ように構成され、パッシブ散乱中心はポンプ光および赤色光を弾性散乱させるように構成される。このように、散乱素子1120は変換黄色/琥珀色光を散乱青色光および散乱赤色光と混合して白色光を生成する。抽出素子1110および散乱素子1120は、マルチショットプロセスにおいて射出成形されてよい。ASLV発光デバイス1100は拡散反射層1117とパッシブ冷却器とをさらに含む。ASLV発光デバイス1100は、たとえば、電源、駆動電子機器、電気接続部、および1つまたは複数のヒートシンクとの電気機械接続を確立するための1つまたは複数のソケットをさらに含んでよい。ASLV発光デバイス1100は、様々なサイズおよび構成を有する電球の交換要素として構成されてよい。

この例では、抽出素子1110および散乱素子1120は入れ子式の球状シェルとして構成される。散乱素子1120は、低屈折率媒質、たとえば空気または不活性ガスが充填された中空の回復エンクロージャ1140を形成する。抽出素子1110は、拡散反射層1117によって囲まれる開口を画定する。散乱素子1120は、発光デバイス1160の各側面に実質的に当接し、したがって、発光デバイスからの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ1140内に放出される。場合によっては完全に球状のシェルの特定の角度部分である球状シェルの部分をASLV発光デバイス1100によって生成される光のビーム形状および混合に影響を及ぼすように変更してよい。反射層1117と結合された抽出素子1110の表面の傾斜および/または発光デバイス1160の基板のくぼみは図示のものと異なってよい。そのような表面は、効率およびビーム形状に影響を及ぼすように平面状表面とは異なる所定の方法で光を反射するように非平面状であってもよい。

この例では、散乱素子1120は、半径R/nの概念上の球によって画定される空間の一部内に抽出素子1110と同心に配設され、ただし、Rは抽出素子1110の出射面の半径である。この例では、散乱素子1120は外径R/nを有する球状シェルの形状を有する。散乱素子1120がR/nよりも小さいかまたは大きい外径を有してよいことに留意されたい。散乱素子1120のすべてまたは一部がR/nの概念上の同心球の外側に配設されてよいことにも留意されたい。概して、散乱素子1120が半径R/nの概念上の同心球の外側の空間内のより奥まで入り込むと、抽出素子1110の出射面においてTIRが生じる可能性がより高くなる。散乱素子1120は非球状、たとえば正多角形面または不規則多角形面を含む本体を有してよいことにさらに留意されたい。本明細書において以下に説明するように、他の例の抽出素子が全体的に湾曲した非球状で非円筒状の出射面を有してよいことにも留意されたい。

図12は、複数の発光デバイス1260と凹状散乱素子1220とを有するASLV発光デバイス1200の別の例を示す図である。この例では、ASLV発光デバイス1200は、たとえば、このページに垂直なy軸に沿って細長く全体的に円筒形の構成を有し、散乱素子1220および複数の発光デバイス1260に加えて抽出素子1210を含む。発光デバイス1260は、全体的に平面状の基板上に動作可能に配設された青色LEDパッケージと赤色LEDパッケージとを含む。LEDパッケージ間の基板1245の表面は、この表面に当たった光を効果的に回復エンクロージャ1240内に戻すように鏡面反射性コーティング、拡散反射性コーティング、混合鏡面拡散反射性コーティング、またはその他の反射性コーティングを有してよい。散乱素子1220は、アクティブ散乱中心とパッシブ散乱中心とを含み、上記に図9〜図11に関連して説明したように、発光デバイス1260によって生成された光を変換して白色光を生成するように構成される。抽出素子1210および散乱素子1220は、押出し成形されてよい。ASLV発光デバイス1200は反射層1217とパッシブ冷却器1250とをさらに含む。ASLV発光デバイス1200は、たとえば、電源、駆動電子機器、および電気接続部との電気機械接続を確立するための1つまたは複数のソケットをさらに含んでよい。ASLV発光デバイス1200は蛍光管または蛍光管と反射体との組合せの交換要素として構成されてよい。

抽出素子1210および散乱素子1220は入れ子式の円筒状シェルとして構成される。散乱素子1220は、低屈折率媒質、たとえば空気または不活性ガスが充填された中空の回復エンクロージャ1240を形成する。抽出素子1210は、拡散反射層1217によって囲まれる開口を画定する。散乱素子1220は、発光デバイス1260の各側面に実質的に当接し、したがって、発光デバイスからの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ1240内に放出される。場合によっては完全に円筒状管の特定の角度部分である円筒状シェルの部分をASLV発光デバイス1200によって生成される光のビーム形状および混合に影響を及ぼすように変更してよい。反射層1217と結合された抽出素子1210の表面の傾斜は図示の傾斜と異なってよい。そのような表面は、平面状表面とは異なる所定の方法で光を反射するように非平面状であってもよい。したがって、反射層1217は効率に影響を及ぼし、さらにビーム形状に影響を及ぼすことがある。

散乱素子1220は、半径R/nの概念上の円筒によって画定される空間の一部内に抽出素子1210と同心に配設され、ただし、Rは抽出素子1210の出射面の半径である。この例では、散乱素子1220は外径R/nを有する円筒状シェルの形状を有する。散乱素子がR/nよりも小さいかまたは大きい外径を有してよいことに留意されたい。散乱素子のすべてまたは一部がR/nの概念上の同心円筒の外側に配設されてよいことにも留意されたい。概して、散乱素子が半径R/nの概念上の同心円筒の外側の空間内のより奥まで入り込むと、抽出素子1210の出射面においてTIRが生じる可能性がより高くなる。散乱素子1220は非円筒状断面、たとえば正多角形断面または不規則多角形断面を有してよいことにさらに留意されたい。

概して、ASLV発光デバイスの実施形態は、発光素子、散乱素子、抽出素子、およびベース構造に加えて各構成要素を含んでよい。たとえば、図13は、たとえば、システム内光源フィードバックユニット1350と、発光素子1310と、散乱素子1320(第1の光学素子とも呼ばれる)と、抽出素子1330(第2の光学素子とも呼ばれる)と、回復エンクロージャ1340とを含むASLV発光デバイス1300の一例の概略図を示す。

発光素子1310は、動作時に光を生成し放出するように構成される。第1のケースでは、発光素子1330は1つまたは複数の青色LEDを含む。第2のケースでは、発光素子1310は赤色LED、緑色LED、青色LED、または黄色LEDのうちの2つ以上の異なるLEDを含む。散乱素子1320は、発光素子1310から間隔を置いて配置され発光素子1310からの光を受け取るように位置する第1の表面(光入射面とも呼ばれる)を有する。散乱素子1320は、発光素子1310からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む。散乱光は、弾性散乱青色光、弾性散乱緑色光、または弾性散乱赤色光および非弾性散乱青色光を変換黄色光の形で含む。弾性散乱光のスペクトルパワー分布は青色光、緑色光、または赤色光のスペクトルパワー分布と同じであり、非弾性散乱光のスペクトルパワー分布はたとえば黄色であってよい。弾性散乱青色光、弾性散乱緑色光、弾性散乱黄色光、および弾性散乱赤色光のスペクトル111、911、1011、1012、1013、1014ならびに非弾性散乱ポンプ青色光の黄色光の形態のスペクトル113、913が、図1B、図9B、および図10Bに散乱光の対応するスペクトルとともに示されている。

再び図13を参照すると分かるように、抽出素子1330は、出射面を有する透明な材料から形成される。出射面は全体的に湾曲した透明な表面である。言い換えれば、出射面を通過する散乱光の変化は、たとえば、透過光のさらなる散乱が生じる不透明面または拡散面とは異なり、概してスネルの屈折の法則によって説明され得る。抽出素子1330は散乱素子1320に接触し、したがって、散乱素子と抽出素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面は散乱素子の第1の表面の反対側にある。さらに、抽出素子1330は、光学的界面を通って散乱する光が抽出素子1330に入射するように配置される。

さらに、ASLV発光デバイス1300は、散乱素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、散乱素子1320は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含む。透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<_n2である。いくつかの実装形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面である。この場合、抽出素子1330は、上記に図1Aに関連して説明したようにワイエルシュトラス条件を満足していると言う。いくつかの実装形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上での入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られた透明な表面である。この場合、抽出素子1330は、上記に図1Aに関連して説明したようにブリュースター条件を満足していると言う。さらに、回復エンクロージャ1340は、散乱素子の第1の表面に隣接する媒質を囲む。回復エンクロージャ1340は、第1の表面を通って媒質内に伝搬する散乱光の幾分かを回復するように配置され構成される。さらに、ASLV発光デバイス1300は散乱光を出射面を通して周囲環境内に出力する。上述のように、ASLV発光デバイス1300によって出力される光は図1Bに示すスペクトル115に対応するスペクトルパワー分布を有する。

システム内光源フィードバックユニット1350は、散乱光の出射面を通して出力される前の部分の一部を受け取るように配置されたセンサを含む。センサは、散乱光の上記の部分の一部に基づいてセンサ信号を生成するように構成される。さらに、センサは色検出器、強度検出器、またはその両方の組合せを含む。発光素子1310が1つまたは複数の青色LEDを含む第1のケースでは、センサは強度センサであり、センサ信号は、散乱青色光および変換黄色光に対応する強度値を示す。発光素子1310が青色LED、緑色LED、黄色LED、または赤色LEDのうちの異なる2つ以上を含む第2のケースでは、センサは色センサであり、センサ信号は、混合光に対応する色値を示す。第2のケースでは、色センサは、混合光の強度値を示す強度信号を生成するように構成されてもよい。

さらに、システム内光源フィードバックユニット1350は、センサと通信し、センサ信号に応答して発光素子1310に加えられる電力を調整するように構成された制御回路を含む。いくつかの実装形態では、センサによって受け取られる散乱光の上記の部分の一部は抽出素子1330の出射面の所で反射される光に相当する。たとえば、センサは、抽出素子1330の出射面の所で反射されセンサによって受け取られる光が光学的界面の大部分から得られるように配置されてよい。

次に、システム内フィードバックユニットを有するデバイスの特定の実施形態を参照する。図14は、デバイス内フィードバックの例示的な構成を含むASLV発光デバイス1400を示す。ASLV発光デバイス1400は、抽出素子1410と、散乱素子1420と、光学カプラ1450と、1つまたは複数の検出器1490とを含む。ASLV発光デバイス1400は、赤色LED、緑色LED、青色LED、または黄色LED1460のうちの2つ以上をさらに含む。散乱素子1420はパッシブ散乱中心のみを含む。

光学カプラ1450は、LEE1460からの光の方向をz軸の周りの所定の角度範囲に変更し、光を散乱素子1420に適切に入射させるように構成される。光学カプラ1450は、散乱素子1420から受け取られた所定の量の光を散乱素子1420に戻すASLV発光デバイス1400の回復エンクロージャとしてさらに構成される。光学カプラ1450は鏡面反射性の内部1440を有する中空構成を有する。光学カプラは1つまたは複数の拡散反射ショルダ1453を有する。

ASLV発光デバイス1400は1つまたは複数の反射体1480をさらに含む。各反射体1480は、散乱素子1420から横方向に放出された光の幾分かの方向を1つまたは複数の検出器1490のうちの対応する検出器の方へ変更するように構成される。光学カプラ1450は、抽出素子1410および/または散乱素子1420からの幾分かの光を検出器1490に送るのを可能にするように1つまたは複数の検出器1480の各々に関連付けられた開口部または透明な部分1451を有する。

1つまたは複数の検出器1490はRGB検出器として構成されてよい。抽出素子1410は、たとえばワイエルシュトラス球、円筒、または環状体として構成されてよい。LEE1460は、色ごとにグループ分けされ、(たとえば、以下に図17に関連して説明する駆動システムのように)適切な駆動システムと動作可能に相互接続される。動作可能な相互接続部は、LEE1460を色ごとに独立に制御するのを可能にするように構成される。LEEの各グループは、同じ色の1つまたは複数のLEE1460を含んでよい。グループ当たりのLEEは、直列に相互接続され、並列に相互接続され、かつ/または直列と並列の両方に相互接続されてよい。ASLV発光デバイス1400は、たとえば回転対称構成、細長い構成、環状構成、またはその他の構成を有してよい。

本明細書において説明するように、適切に構成された例示的なASLV発光デバイスは、ランプ内フィードバックに基づいて独立にアドレス指定可能な多色LEEをフィードバック制御するのを可能にするのに適切なランプ内色混合を行うことができる。各LEEは放射パターンを生成する。異なる色のLEEは実質的に異なる放射パターンを有してよい。さらに、同じ色を有する異なるLEEも実質的に異なる放射パターンを有してよい。組立てプロセス、LEEの固有の特性、または他の局面によって生じ得る互いに異なるLEEの光軸間のずれによって他の問題が生じることがある。散乱素子1420がない場合、結果的に生じる遠視野変動を特定するのは困難であり、場合によっては望ましくない色変動が生じる。その理由は、この場合の根本的な原因が、白色光のスペクトル成分ごとに同一の角度分布を確保することが困難であることに遡るからである。一方、適切に構成されたASLV発光デバイス1400は、散乱素子1420の下流側に色とは無関係の角度強度分布を生成することがある。

この例では、検出器1490は、散乱素子1420の後方の光路の下流側の散乱光をサンプリングするように配設される。図示の検出器1490は、散乱素子1420の縁部から横方向に放出される光の幾分かを検出できるように位置する。他の検出器がもしあれば、他の構成を有してよい。

そのようなランプ色サンプリングは、遠視野における色分布の有効な色混合を表す。適切に構成された散乱素子1420は、光路におけるさらに下流側の散乱に関連する損失なしに非常に効率的な色混合を行うことができる。(図17に関連して説明するような)ランプ内サンプリングおよびフィードバックループは、遠視野サンプリングに伴う有線通信コストまたはワイヤレス通信コストを回避する。これによって、たとえば一般的な照明市場の広範囲の各分野において費用効果の高いデジタル色調整を実現する場合の顕著な障害を解消することができる。

図15は、デバイス内フィードバックの別の例示的な構成を含むASLV発光デバイス1500を示す。ASLV発光デバイス1500は、光学素子1510と、散乱素子1520と、光学カプラ1550と、検出器1590とを含む。ASLV発光デバイス1500は、1つまたは複数の青色ポンプと、発光素子1560を形成する1つまたは複数の赤色LEDとをさらに含む。散乱素子1520は、青色ポンプ光を散乱させて白色光に変換し、赤色光を変換なしに散乱させるように構成される。散乱素子1520はアクティブ散乱中心とパッシブ散乱中心とを含む。光学カプラ1550は、LEE1560からの光所定の程度にコリメートして、光を散乱素子1520に適切に入射させるように構成される。

光学カプラ1550は、場合によっては散乱素子1520からの光を散乱素子1520に適切に戻すように構成されてよい。光学カプラ1550は、鏡面反射性の内部1540を含む中空構成を有し、したがって、光学カプラ1550は、散乱素子1520と組み合わされて、ASLV発光デバイス1500の回復エンクロージャを形成する。ASLV発光デバイス1500は、抽出素子1510および散乱素子1520からの光を抽出素子1510内に反射する(戻す)ように構成された反射体1580をさらに含む。反射体1580は、光学カプラ1550内の開口部または透明な部分1551に関連付けられた開口部または透明な部分1581を有する。開口部または透明な部分1551および1581は、光学素子1510からの幾分かの光を検出器1590に送るのを可能にする。

この例では、1つの検出器1590が設けられ、抽出素子1510における光のCCT(相関色温度)を表示するCCT検出器として構成される。抽出素子1510はワイエルシュトラス球として構成される。LEE1560は、色ごとにグループ分けされ、適切な駆動システムと動作可能に相互接続される。動作可能な相互接続部は、LEE1560を色ごとに独立に制御するのを可能にするように構成される。LEEの各グループは、同じ色の1つまたは複数のLEE1560を含んでよい。グループ当たりのLEEは、直列に相互接続され、並列に相互接続され、かつ/または直列と並列の両方に相互接続されてよい。ASLV発光デバイス1500は回転対称構成を有してよい。駆動システムは、ASLV発光デバイス1500のCCTおよび光束出力をフィードバック制御するのを可能にするように構成されてよい。

検出器1590は、散乱素子1520の後方の光路の下流側の散乱光をサンプリングするように配設される。検出器1590は、光学素子1510の外面の所でフレネル反射によって反射され光学素子1510に戻される光の幾分かを検出できるように位置する。

別の例によれば、青色ポンプLEEは白色LEDパッケージと置き換えられてよい。そのような例では、散乱素子は単に光を散乱させるように構成されてよい。

図16は、デバイス内フィードバックのさらに別の構成を含むASLV発光デバイス1600を示す。ASLV発光デバイス1600は、全体的に環状の構成を有し、抽出素子1610と、散乱素子1620と、発光デバイス1660とを含む。発光デバイス1660は、基板上に動作可能に配設された赤色LEDパッケージ、緑色LEDパッケージ、青色LEDパッケージ、および黄色LEDパッケージのうちの2つ以上を含む。LEDパッケージ間の基板の表面は、表面に当たった光を効果的に回復エンクロージャ1640内に戻す鏡面反射性コーティングを有する。散乱素子1620は、パッシブ散乱中心を含み、発光デバイス1660によって生成された光を混合して白色光を生成するように構成される。抽出素子1610および散乱素子1620は、マルチショットプロセスにおいて押出し成形されてよい。ASLV発光デバイス1600は検出器1690と反射層1617とをさらに含む。ASLV発光デバイス1600は、たとえば、電源、駆動電子機器、電気接続部、および冷却要素との電気機械接続を確立するための1つまたは複数のソケットをさらに含んでよい。

抽出素子1610および散乱素子1620は入れ子式の円筒状シェルとして構成される。散乱素子1620は、低屈折率媒質、たとえば空気または不活性ガスが充填された中空の回復エンクロージャ1640を形成する。抽出素子1610は、拡散反射層1617によって囲まれる開口を画定する。散乱素子1620は、発光デバイス1660の各側面に実質的に当接し、したがって、発光デバイス1660からの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ1640内に放出される。場合によっては完全に円筒状管の特定の角度部分である円筒状セルの部分をASLV発光デバイス1600によって生成される光のビーム形状および混合に影響を及ぼすように変更してよい。反射層1617と結合された抽出素子1610の表面の傾斜は図示の傾斜と異なってよい。そのような表面は、平面状表面とは異なる所定の方法で光を反射するように非平面状であってもよい。

散乱素子1620は、半径R/nの概念上の円筒によって画定される空間の一部内に抽出素子1610と同心に配設され、ただし、Rは抽出素子1610の出射面の半径である。この構成は、円筒状ワイエルシュトラス形状と呼ばれることがあり、散乱素子1620の光学接合部からこの構成の円筒軸に垂直な平面内を直接伝搬するすべての光について出射面でのTIRを回避する。この形状は、TIRの臨界角を超えない限り、円筒軸に垂直な平面に対して斜めの平面内を伝搬する光についてもTIRを回避する。

検出器1690は、抽出素子1610における光のCCTを表示するCCT検出器として構成される。検出器1690は、散乱素子1620の後方の光路の下流側の散乱光をサンプリングするように配設される。発光デバイス1660のLEDパッケージは、色ごとにグループ分けされ、適切な駆動システムと動作可能に相互接続される。動作可能な相互接続部は、発光デバイス1660のLEDパッケージを色ごとに独立に制御するのを可能にするように構成される。LEDパッケージのグループは、同じ色の1つまたは複数のLEDパッケージを含んでよい。グループ当たりのLEDパッケージは、直列に相互接続され、並列に相互接続され、かつ/または直列と並列の両方に相互接続されてよい。駆動システムは、ASLV発光デバイス1600のCCTおよび光束出力をフィードバック制御するのを可能にするように構成されてよい。

図17は、ASLV発光デバイスにおいてシステム内光源フィードバックを行うのに使用されるフィードバック回路1700の概略図を示す。この例では、フィードバック回路1700はフォトニック検知ユニット1720とコントローラ1730とを含む。

フォトニック検知ユニット1720は、ASLV発光デバイスの散乱素子から下流側に配置され、ASLV発光デバイスの抽出素子内を伝搬する散乱光を検知する。いくつかの実装形態では、フォトニック検知ユニット1720は色検出器、強度検出器、またはその両方の組合せを含んでよい。いくつかの実装形態では、検出器のうちの1つまたは複数は、抽出素子の出射界面の所でフレネル反射された主として散乱した光が検知されるように構成されてよい。さらに、1つまたは複数の検出器は、抽出素子の出射面によって反射されセンサによって受け取られる散乱光が、散乱素子と抽出素子との間の光学的界面の大部分から得られるように配置されてよい。

コントローラユニット1730は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装されてよい。たとえば、コントローラユニット1730は、専用チップまたは汎用チップによって実行されるソフトウェアドライバとして実装されてよい。コントローラユニット1730は、フォトニック検知ユニット1720から受け取られる検知信号を解析する。解析された信号値は、コントローラユニット1730によって、基準値と呼ばれる基準色値または基準強度値と比較される。コントローラユニット1730は、たとえば1つまたは複数の参照テーブル内のそのような基準値にアクセスする。たとえば、コントローラユニット1730は、抽出素子内を伝搬する散乱光の色度が変化したことが検知されたことに応答して、調整信号を電力ドライバに選択的に送って異なる色発光素子1710の組合せの相対電力値を調整する。別の例として、コントローラユニット1730は、抽出素子内を伝搬する散乱光の強度が変化したことが検知されたことに応答して、調整信号を電力ドライバに選択的に送って1つまたは複数の発光素子1710の電力値を調整する。

場合によっては、フィードバック回路1700は非フォトニック特性検知ユニット1740を含んでよい。このユニットによって検知される非フォトニック特性の例には、温度、電圧低下などがある。そのような実装形態では、コントローラユニット1730は、非フォトニック特性検知ユニット1740から受け取られた非フォトニック検知信号をフォトニック検知ユニット1720から受け取られたフォトニック検知信号と組み合わせて解析する。フォトニック検知信号と非フォトニック検知信号の解析された組合せの値は、LEE1710を駆動するドライバに調整信号を送るためにコントローラユニット1730によって使用される。

本明細書において上記に説明したように、散乱素子の形状は一定でなくてよく、上記では非平面状で非球状の形状または円筒形状を有する散乱素子の例について説明した。概して、散乱素子の形状としては、ASLV発光デバイスの特定の光学特性をもたらす形状が選択されてよい。たとえば、図18は、たとえば、発光素子1810と、散乱素子1820(第1の光学素子とも呼ばれる)と、抽出素子1830(第2の光学素子とも呼ばれる)と、回復エンクロージャ1840とを含むASLV発光デバイス1800の一例の概略図を示す。

発光素子1810は、動作時に光を生成し放出するように構成される。発光素子1810によって放出される光のスペクトルパワー分布(ポンプ光とも呼ばれる)はたとえば青色であってよい。可視光のスペクトルパワー分布は色度と呼ばれる。散乱素子1820は、発光素子から間隔を置いて配置され発光素子1810からの光を受け取るように位置する第1の表面(光入射面とも呼ばれる)を有する。散乱素子1820は、発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む。散乱光は、弾性散乱ポンプ光と非弾性散乱ポンプ光とを含む。弾性散乱光のスペクトルパワー分布はポンプ光のスペクトルパワー分布と同じであり、非弾性散乱光のスペクトルパワー分布はたとえば黄色であってよい。非弾性散乱ポンプ光のスペクトル111および非弾性散乱ポンプ光のスペクトル113は、図1Bに散乱光のスペクトル115とともに示されている。

再び図18を参照すると分かるように、抽出素子1830は、出射面を有する透明な材料から形成される。出射面は全体的に湾曲した透明な表面である。言い換えれば、出射面を通過する散乱光の変化は、たとえば、透過光のさらなる散乱が生じる不透明面または拡散面とは異なり、概してスネルの屈折の法則によって説明され得る。抽出素子1830は散乱素子1820に接触し、したがって、散乱素子と抽出素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面は散乱素子の第1の表面の反対側にある。さらに、抽出素子1830は、光学的界面を通って散乱する光が抽出素子1830に入射するように配置される。

さらに、ASLV発光デバイス1800は、散乱素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、散乱素子1820は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含む。透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂である。いくつかの実装形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面である。この場合、抽出素子1830は、上記に図1Aに関連して説明したようにワイエルシュトラス条件を満足していると言う。いくつかの実装形態では、出射面は、出射面に直接当たる散乱光の出射面上での入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られた透明な表面である。この場合、抽出素子1830は、上記に図1Aに関連して説明したようにブリュースター条件を満足していると言う。さらに、回復エンクロージャ1840は、散乱素子の第1の表面に隣接する媒質を囲む。回復エンクロージャ1840は、第1の表面を通って媒質内に伝搬する散乱光の幾分かを回復するように配置され構成される。

さらに、第2の素子の出射面の形状と光学的界面の非球状で非平面状の形状との組合せは、(i)散乱光を出射面を通して出力し、かつ(ii)出力光の強度分布を制御するように構成される。たとえば、組合せは、出力強度分布のピーク強度の方向を制御するように構成される。このように、出力強度分布は、たとえば二次光学系の入力要件に整合するように形作られてよい。さらに、ASLV発光デバイス1800によって出力される光は図1Bに示すスペクトル115に対応するスペクトルパワー分布を有する。

実施形態に応じて、散乱素子1820は、最小で200ミクロン以下の厚さを有する1枚または複数のシートとして構成されても、あるいは数ミリメートルの長辺または直径と数分の1ミリメートルの厚さとを有する1つまたは複数の本体として構成されても、あるいは最大で数センチメートルのサイズおよび最小で1ミリメートル以下程度の厚さを有する1つまたは複数のドーム状またはボックス状の物体として構成されてよい。

いくつかの実装形態では、散乱素子は楕円形である。図19Aは、楕円形散乱素子1920を有するASLV発光デバイス1900を示す図である。抽出素子1930は、半径R₁の出射面1935を有する。この例では、散乱素子1920は、長軸が概念上のR₀半球内の光軸z軸に沿って存在する楕円形セグメントとして形作られる。いくつかの実装形態では、R₀半球がワイエルシュトラス球を表し、一方、他の実装形態では、R₀半球がブリュースター球を表す。散乱素子1920の光入射面および平面状反射体1945から回復キャビティ1940が形成される。回復キャビティ1940は、気体、たとえば空気を充填されるかまたは排気される。散乱素子1920の屈折率n_pは抽出素子1930の屈折率n₁以下である。平面状反射体1945の開口内に発光素子1910が配置され、回復キャビティ1940内に光を放出する。いくつかの実装形態では、平面状反射体1945は横方向に散乱素子1920の外縁部まで延びる。他の実装形態では、平面状反射体1945は横方向に散乱素子1935の出射面まで延びる。他の実装形態では、平面状反射体1945はたとえば1.2×R₁、1.5×R₁、または2.0×R₁の半径に相当する抽出素子1935の出射面よりも遠い位置まで横方向に延びる。

図19Bは、ASLV発光デバイス1900と同様なASLV発光デバイスによって出力された光の強度分布1990を示す。強度分布1990は、そのようなASLV発光デバイスでは、横方向(x軸の±方向、単に左右方向または側方と呼ばれる)の放出が好ましく、(z軸に沿った)軸上強度が犠牲になることを示す。概して、ASLV発光デバイスによって出力される光の強度分布は、抽出素子1920の最大断面に垂直な方向に沿って偏らされる。

図20Aは、楕円形散乱素子2020を有する別のASLV発光デバイス2000を示す図である。この例では、散乱素子2020は、短軸が光軸z軸に沿って存在する楕円形セグメントとして形作られる。抽出素子2030は、半径R₁の出射面2035を有する。この例では、散乱素子2020は、長軸が概念上のR₀半球内の光軸z軸に垂直な楕円形セグメントとして形作られる。いくつかの実装形態では、R₀半球がワイエルシュトラス球を表し、一方、他の実装形態では、R₀半球がブリュースター球を表す。散乱素子2020の光入射面および平面状反射体2045から回復キャビティ2040が形成される。回復キャビティ2040は、気体、たとえば空気を充填されるかまたは排気される。散乱素子2020の屈折率n_pは抽出素子2030の屈折率n₁以上である。発光素子2010は、平面状反射体2045の開口内に配置され、回復キャビティ2040内に光を放出する。いくつかの実装形態では、平面状反射体2045は横方向に散乱素子2020の外縁部まで延びる。他の実装形態では、平面状反射体2045は横方向に抽出素子2035の出射面まで延びる。他の実装形態では、平面状反射体2045は、たとえば1.2×R₁、1.5×R₁、または2.0×R₁の半径に相当する抽出素子2035の出射面よりも遠い位置まで横方向に延びる。

図20Bは、ASLV発光デバイス2000と同様なASLV発光デバイスによって出力された光の強度分布2090を示す。強度分布2090は、そのようなASLV発光デバイスでは、軸上(z軸に沿った方向、または単に順方向と呼ばれる)強度が好ましく、(x軸の±方向における)横方向放出が犠牲になることを示す。この場合、散乱素子2020の最大断面(x-y)がx-y断面であるので、強度分布はz方向に沿って偏らされる。さらに、散乱素子2020全体がR₀半球内に位置する限り、外側の抽出器/空気界面2035ではTIRがほとんど生じないことに留意されたい。

図21A〜図21Bは、別のASLV発光デバイス2100の側面断面図を示す。図21Cは同じデバイスの底面断面図を示す。ASLV発光デバイス2100は、x軸、y軸、およびz軸に沿った異なる直交軸を含む楕円形散乱素子2120を有する。この例では、散乱素子2120は、x:y:z方向における比2:1:4を満足する軸を有する半楕円体として形作られる。ASLV発光デバイス2100は、発光素子2110と、平面状反射体2145と、抽出素子2130とをさらに含む。

抽出素子2130は、半球状であり、半楕円状散乱素子2120と同心の半径R₁の出射面2135を有する。散乱素子2120の長軸は、概念上のR₀半球内にASLV発光デバイス2100の光軸z軸に沿って配向される。いくつかの実装形態では、R₀半球がワイエルシュトラス球を表し、一方、他の実装形態では、R_O半球がブリュースター球を表す。回復キャビティ2140は、散乱素子2120の光入射面および平面状反射体2145から形成される。回復キャビティ2140は、気体、たとえば空気を充填されるかまたは排気される。散乱素子2120の屈折率n_pは散乱素子2130の屈折率n₁以下である。発光素子2110は、平面状反射体2145の開口内に配置され、回復キャビティ2140内に光を放出する。いくつかの実装形態では、平面状反射体2145は横方向に散乱素子2120の外縁部まで延びる。他の実装形態では、平面状反射体2145は横方向に抽出素子2135の出射面まで延びる。

図21Dは、ASLV発光デバイス2100と同様なASLV発光デバイスによって出力された光のx-z強度分布2190を示す。この例では、反射体2145は抽出素子2130の出射面2135まで延びる。このように、強度分布2190は順方向バイアスを有するが、散乱素子2120の上部から生じて抽出器2130の下縁部の方へ伝搬する光が光軸z軸から>90°の角度に屈折されるので>2πsrの立体角をカバーする。図21Eは、抽出素子2130の出射面2135まで延びる反射体2145を有するASLV発光デバイス2100の同じ実施形態によって出力された光の強度分布2192を示す。強度分布2192は、そのようなASLV発光デバイスでは、横方向(y軸の±方向、単に左右方向または側方と呼ばれる)の放出が好ましく、(z軸に沿った)軸上強度および(x軸に沿った)長手方向強度が犠牲になることを示す。

概して、ASLV発光デバイスによって出力される光の強度分布は、散乱素子2120の最大断面に垂直な方向に沿って偏らされる。x-z断面はy-z断面またはx-y断面のいずれよりも大きいので、ASLV発光デバイス2100は出力光の大部分をy方向(横方向)に出力し、一方、より少ない出力光がx方向に(ASLV発光デバイス2100の長手方向に沿って)放出されるかまたはz方向(順方向)に放出される。

別の実装形態では、ASLV発光デバイス2100の散乱素子2120は、x:y:z方向における比4:2:4を満足する軸を有する半楕円体として形作られてよい。この他のケースでは、x-y断面およびx-z断面がy-z断面よりも大きいので、ASLV発光デバイス2100は出力光の大部分をz方向(順方向)およびy方向(横方向)に放出し、一方、出力光の一部のみがx方向に(ASLV発光デバイス2100の長手方向に沿って)放出される。

図22は、ベース基板2205の長手方向x方向に配設された複数のASLV発光デバイス2210を含む照明器具2200を示す。たとえば、各ASLV発光デバイス2100は、x:y:z方向における比4:2:4を満足する軸を有する半楕円体として形作られた散乱素子を有するASLV発光デバイス2100に対応してよい。そのような場合、照明器具2200は光の大部分をz方向(順方向)およびy方向(横方向)に出力し、一方、わずかな出力光のみがベース基板2205の長手方向x方向に沿って出力される。

図23Aは、回復エンクロージャ2340を囲む楕円形散乱素子2320を有するASLV発光デバイス2300を示す図である。ASLV発光デバイス2300は、z軸に対して回転対称の球楕円混合構成を有し、抽出素子2310と、散乱素子2320と、動作条件の下で青色光を放出するように構成された発光デバイス2360とを含む。散乱素子2320は、アクティブ散乱中心とパッシブ散乱中心とを含み、発光デバイス2360によって生成された青色光の幾分かを変換して白色光を生成するように構成される。抽出素子2310および散乱素子2320は、マルチショットプロセスにおいて射出成形されてよい。この例では、楕円状散乱素子2320は抽出素子2310の出射面と同心に配設され、概念上のR₀半球内に含まれる。いくつかの実装形態では、R₀半球がワイエルシュトラス球を表し、一方、他の実装形態では、R_O半球がブリュースター球を表す。

ASLV発光デバイス2300は、たとえば、電源、駆動電子機器、電気接続部、および冷却要素との電気機械接続を確立するためのソケットをさらに含んでよい。

抽出素子2310は、外側に球状出射面を有し内側に楕円状面を有するシェルとして構成される。散乱素子2320は、抽出素子2310の内側に当接する楕円状シェルとして構成される。散乱素子2320は、低屈折率媒質、たとえば空気または不活性ガスが充填された中空の回復エンクロージャ2340を形成する。散乱素子2320の形状を変化させると、あるビーム整形度が実現される。散乱素子2320は、壁2317によって囲まれた開口を画定し、発光デバイス2360を支持する支柱の各側面に実質的に当接し、したがって、発光デバイスからの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ2340に放出される。発光デバイス2360と散乱素子2320との間の距離、すなわち散乱素子2320の底部よりも上方の発光デバイス2360の高さを変化させると、別のビーム整形度が実現される。

図23Bは、ASLV発光デバイス2300によって出力された光の強度分布2390を示す。強度分布2390は、そのようなASLV発光デバイス2300では、(x軸の±方向における)横方向(左右方向または側方)の放出が好ましく、散乱素子2320の横方向断面が散乱素子2320の軸方向断面よりも大きいので(z軸に沿った)軸上強度が犠牲になることを示す。

図24Aは、回復エンクロージャ2440を囲む細長い散乱素子2420を有するASLV発光デバイス2400を示す。ASLV発光デバイス2400は、回転対称の球円筒混合構成を有し、球状抽出素子2410と、散乱素子2420と、動作条件の下で青色光を放出するように構成された発光デバイス2460とを含む。散乱素子2420は、アクティブ散乱中心とパッシブ散乱中心とを含み、発光デバイス2460によって生成された青色光の幾分かを変換して白色光を生成するように構成される。抽出素子2410および散乱素子2420は、マルチショットプロセスにおいて射出成形されてよい。ASLV発光デバイス2400は、たとえば、電源、駆動電子機器、電気接続部、および冷却要素との電気機械接続を確立するためのソケットをさらに含んでよい。

抽出素子2410は、外側に球状出射面を有し、散乱素子2420に整合するように適切に形作られた表面を内側に有する。散乱素子2420は、抽出素子2410の内側に被覆され、抽出素子2410の球状出射面によって決定される特定の概念上の球によって囲まれる領域内に配置される。いくつかの実装形態では、特定の概念上の球はワイエルシュトラス球である。いくつかの実装形態では、特定の概念上の球はブリュースター球である。散乱素子2420は、低屈折率媒質、たとえば空気または不活性ガスが充填された中空の回復エンクロージャ2440を形成する。散乱素子2420の形状および/または寸法を変化させると、あるビーム整形度が実現される。

図24Bは、ASLV発光デバイス2400によって出力された光の強度分布2490を示す。強度分布2490は、ASLV発光デバイス2400が(幅が約10°の)2つの幅の狭いローブを出力し、したがって、2つの幅の狭いローブの各々が(z軸に沿った)軸上成分にほぼ等しい(x軸の+方向または-方向における)横方向(左右方向または側方)成分を有することを示す。さらに、ASLV発光デバイス2400は、2つの幅の狭いローブの大きさの約2分の1である大きさを有する(z軸に沿った)順方向ローブを出力する。

この例では、散乱素子2420は、ドーム状キャップ2421および2423が各端部に配設された管状の中央部2425を有する。管状の中央部2425は、円筒、角柱、または平行な壁もしくは先細りの壁を有するその他の物体であってよい。ドーム状キャップ2421および2423は異なる形状を有してもまたは等しい形成を有してもよい。ドーム状キャップ2421および2423は、半球状、放物線状、双曲線状、楕円形、またはその他の形状を有してよい。そのような散乱素子は、図24Aに示す場所以外の場所、たとえば中央部2425の中心における円周に近接した場所に発光デバイスを位置させるように構成されてよいことに留意されたい。

散乱素子2420は、壁2417によって囲まれた開口を画定し、発光デバイス2460を支持する支柱の各側面に実質的に当接し、したがって、発光デバイスからの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ2440に放出される。

図25Aは、(i)楕円形セグメントとして形作られた散乱素子2520と(ii)平面状反射体2545の組合せによって囲まれる回復エンクロージャ2540を有するASLV発光デバイス2500を示す。この例では、平面状反射体2545は、x-z平面に垂直であり、y軸に対してある傾斜角度だけ傾斜する。抽出素子2530は、半径R₁の出射面2535を有する。この例では、散乱素子2520は概念上のR₀半球内に含まれる。いくつかの実装形態では、R₀半球がワイエルシュトラス球を表し、一方、他の実装形態では、R₀半球がブリュースター球を表す。回復エンクロージャ2540は、気体、たとえば空気を含むか、または排気されてよい。いくつかの実装形態では、平面状反射体2545は、回復エンクロージャ2540内部の空気と抽出素子2530の材料との間の平面状界面の所に形成される。この場合、散乱光(ポンプ光であろうと変換光であろうと)は内部で平面状反射体2545において反射される。他の実装形態では、平面状反射体2545は反射性材料でコーティングされてよい。

散乱素子2520は、壁2517によって囲まれた開口を画定し、発光デバイス2510を支持する支柱の各側面に実質的に当接し、したがって、発光デバイスからの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ2540に放出される。発光デバイス2510と散乱素子2520との間の距離、すなわち散乱素子2520の底部よりも上方の発光デバイス2510の高さを変化させると、別のビーム整形度が実現される。

図25Bは、平坦な反射体2545に垂直な平面x-zにおいてASLV発光デバイス2500と同様なASLV発光デバイスによって出力された光のx-z強度分布2590を示す。x-z強度分布2590は、ASLV発光デバイス2500が、z軸に対してある角度に配向された(幅が約5°の)幅の狭いローブを出力することを示す。幅の狭いローブの角度は平坦な反射体2545の傾斜角度に相当する。図25Cは、平坦な反射体2545の法線に対して所与の角度だけ回転させた法線を有する平面y-zにおけるASLV発光デバイス2500と同様のASLV発光デバイスにより出力される光のy-z強度分布2592を示す。y-z強度分布2592は、ASLV発光デバイス2500が、それぞれ主としてy軸の+方向および-方向に配向された2つのサイドローブを出力することを示す。

図26Aは、球状抽出素子2630に対して心ずれし、回復エンクロージャ2640を囲む球状散乱素子2620を有するASLV発光デバイス2600を示す。球状散乱素子2620は、球状抽出素子2630の出射面2635に対応するワイエルシュトラス球内に含まれる。さらに、球状散乱素子2620の中心は球状抽出素子2630の中心に対して距離Δzだけずれる。抽出素子2630は、半径R₁の出射面2635を有する。この例では、散乱素子2620は概念上のR₀半球内に含まれる。いくつかの実装形態では、R₀半球がワイエルシュトラス球を表し、一方、他の実装形態では、R₀半球がブリュースター球を表す。回復エンクロージャ2640は、気体、たとえば空気を含むか、または排気されてよい。

散乱素子2620は、壁2617によって囲まれた開口を画定し、発光デバイス2610を支持する支柱の各側面に実質的に当接し、したがって、発光デバイスからの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ2640に放出される。発光デバイス2610と散乱素子2620との間の距離、すなわち散乱素子2620の底部よりも上方の発光デバイス2610の高さを変化させると、別のビーム整形度が実現される。

図26Bは、ASLV発光デバイス2600と同様なASLV発光デバイスによって出力された光の強度分布2690を示す。強度分布2690は、そのようなASLV発光デバイス2400では、軸上(z軸に沿った方向、または単に順方向と呼ばれる)の放出が好ましく、(x軸の±方向における)横方向放出が犠牲になることを示す。強度分布2690が軸上に偏る理由は、このデバイスでは、抽出素子2635の出射面の屈折力が横方向よりも軸上の方が大きいことである。

図27Aは、球状抽出素子2710に対して心ずれし、回復エンクロージャ2740を囲む楕円形散乱素子2720を有するASLV発光デバイス2700を示す。楕円形散乱素子2720は、長軸がx軸に沿って存在し、球状抽出素子2730の出射面2735に対応するワイエルシュトラス球内に含まれる。さらに、楕円形散乱素子2720は球状抽出素子2730の中心に対して距離Δzだけずれる。抽出素子2730は、半径R₁の出射面2735を有する。この例では、散乱素子2720は概念上のR₀半球内に含まれる。いくつかの実装形態では、R₀半球がワイエルシュトラス球を表し、一方、他の実装形態では、R₀半球がブリュースター球を表す。回復エンクロージャ2740は、気体、たとえば空気を含むか、または排気されてよい。

散乱素子2720は、壁2717によって囲まれた開口を画定し、発光デバイス2710を支持する支柱の各側面に実質的に当接し、したがって、発光デバイスからの実質的にすべての光が作動状態の間に回復エンクロージャ2740に放出される。発光デバイス2710と散乱素子2620との間の距離、すなわち散乱素子2720の底部よりも上方の発光デバイス2710の高さを変化させると、別のビーム整形度が実現される。

図27Bは、ASLV発光デバイス2700と同様なASLV発光デバイスによって出力された光のx-z強度分布2790を示す。x-z強度分布2790は、x-z平面において、ASLV発光デバイス2700では、軸上(z軸に沿った方向、または単に順方向と呼ばれる)の放出が好ましく、(x軸の±方向における)横方向放出が犠牲になることを示す。強度分布2790の軸上バイアスの理由は、このデバイスでは、抽出素子2735の出射面の屈折力が横方向よりも軸上の方が大きいことである。さらに、ASLV発光デバイス2700と同様のデバイスがASLV発光デバイス2500と同様のデバイスよりも強い軸上屈折力を有するので強度分布2790が強度分布2590よりも強い軸上バイアスを有することに留意されたい。

ASLV発光デバイスから放出された光の分布は出射面の形状にも依存する。したがって、出射面の形状を球(回転対称実施形態)および円筒(細長い実施形態)から変化させると、球実施形態および/または円筒実施形態に対して様々な強度分布を実現することができる。

図28は、楕円形セグメントとして形作られた抽出素子2830/2830'を有するASLV発光デバイス2800を示す。ASLV発光デバイス2800は、発光素子210と、散乱素子220と、平面状反射体245とをさらに含む。散乱素子220の光入射面および平面状反射体245から回復エンクロージャ240が形成される。回復エンクロージャは、気体、たとえば空気を充填されるかまたは排気される。散乱素子220の屈折率n_pは散乱素子230の屈折率n₁以上である。

楕円形セグメントが半球230であるASLV発光デバイス2800の構成は、上記に図2Aに関連して説明したASLV発光デバイス200に相当する。この場合、半球状抽出器230の出射面235はブリュースター条件を満足し、したがって、ワイエルシュトラス条件を満足する。しかし、抽出素子2830(または2830')の頂点は、抽出素子230の頂点と比較して散乱素子220からより遠くに離れる。したがって、抽出器2835(または2835')の出射面の構成は、ASLV発光デバイス200によって出力される光の対応する軸上強度に対して、z軸に沿ってASLV発光デバイス2800によって出力される光の順方向バイアスまたは軸上強度を増大させる。しかし、ASLV発光デバイス2800の場合、ASLV発光デバイス2800の出射面2835(または2835')の側壁が直線的に切り取られているので、ある程度のTIR損失が生じることがある。

本明細書において上記に説明したように、ASLV発光デバイスは、(i)抽出素子の出射面と同心のワイエルシュトラスR/(n₁/n₀)球に浸漬された散乱素子から光を効率的に抽出するように半径Rを有する抽出素子と、(ii)散乱素子によって少なくとも部分的に囲まれ、散乱素子から逃げる光の大部分を回復エンクロージャ内に戻す回復エンクロージャとを使用する。より高度な分析によって、入射角が臨界角arcsin(n₁/n₀)よりも小さいがブリュースター角arctan(n₁/n₀)よりも大きく、ただしn0が周囲の屈折率であり、たとえば空気の場合n₀=1であり、n₁が抽出素子の屈折率であるときに反射係数が大きくなるので、R/(n₁/0)限界でも抽出器の出射面においてかなり顕著な反射損失が生じ得ることが分かった。

さらに、本明細書において上記に説明したように、臨界半径またはブリュースター限界半径よりも小さい散乱素子は、好ましくはブリュースター半径限界内に全体が含まれる限り、平坦な形状、半球よりも大きいかまたは小さい部分球、または扁長形態と扁平形態の両方の楕円形などの様々な形状を有してよい。散乱素子のこれらの形状は、最終用途の必要に応じてASLV発光デバイスの光軸z軸に対してより狭い光束分布パターンまたはより広い光束分布パターンのいずれかを生成することができる。しかし、強度分布は一般に、ASLV発光デバイスの対称性に対応する対称性を有する。したがって、回転対称のASLV発光デバイスは一般に、同様に回転対称の強度分布パターンを生成する。そのようなASLV発光デバイスを方形または矩形のフットプリントを有する部屋などの直線的な環境において使用すると、グリッド上に間隔を置いて配置されたそのような光源間で対角方向のコーナー間輝度が低下する。

したがって、直線的な空間を照明するのにより適した形状を有するASLV発光デバイスを形成することができる。たとえば、後述のASLV発光デバイスは、抽出素子の方形出射面を有し、非対称方形光弁(ASQLV)と呼ばれる。そのようなASQLV発光デバイスは、回転対称のASLV発光デバイスよりもコーナー照明が効率的になる。ASQLV抽出器プロファイルの一例は、円形ではなく方形の平面図(たとえば、上面図のフットプリント)を有する。ASQLV抽出器は、全体的に単純な円錐状断面である側方断面を有する。ASQLV抽出器のそのような側方断面の例には円形と扁長楕円形および扁平楕円形が含まれる。他の例では、ASQLV抽出器の側方断面は放物線状断面および双曲線状断面を含む。他の形状を使用してもよいが、これらの単純な円錐形はこの技術の一般的な概念を例示するものである。

図29は、発光素子2910と、散乱素子2920(第1の光学素子とも呼ばれる)と、抽出素子2930(第2の光学素子とも呼ばれる)と、回復エンクロージャ2940とを含むASLV発光デバイス2900の一例の概略図を示す。

発光素子2910は、動作時に光を生成し放出するように構成される。発光素子2910によって放出される光のスペクトルパワー分布(ポンプ光とも呼ばれる)はたとえば青色であってよい。可視光のスペクトルパワー分布は色度と呼ばれる。散乱素子2920は、発光素子2910から間隔を置いて配置され発光素子2910からの光を受け取るように位置する第1の表面(光入射面とも呼ばれる)を有する。散乱素子2920は、発光素子2910からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む。散乱光は、弾性散乱ポンプ光と非弾性散乱ポンプ光とを含む。弾性散乱光のスペクトルパワー分布はポンプ光のスペクトルパワー分布と同じであり、非弾性散乱光のスペクトルパワー分布はたとえば黄色であってよい。非弾性散乱ポンプ光のスペクトル111および非弾性散乱ポンプ光のスペクトル113は、図1Bに散乱光のスペクトル115とともに示されている。

再び図29を参照すると分かるように、抽出素子2930は、出射面を有する透明な材料から形成される。出射面は全体的に湾曲した透明な表面である。言い換えれば、出射面を通過する散乱光の変化は、たとえば、透過光のさらなる散乱が生じる不透明面または拡散面とは異なり、概してスネルの屈折の法則によって説明され得る。抽出素子2930は散乱素子2920に接触し、したがって、散乱素子と抽出素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面は散乱素子の第1の表面の反対側にある。さらに、抽出素子2930は、光学的界面を通って散乱する光が抽出素子2930に入射するように配置される。

さらに、ASLV発光デバイス2900は、散乱素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、散乱素子2920は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含む。透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂である。出射面は複数の部分を含む透明な表面であり、したがって、出射面の各部分は縁部の所で別の部分に接合される。いくつかの実装形態では、出射面の各部分は、出射面のこの部分に直接当たる散乱光の出射面の各部分での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られる。この場合、抽出素子2930は、出射面の各部分について、上記に図1Aに関連して説明したようにワイエルシュトラス条件を満足していると言う。いくつかの実施形態では、出射面の各部分は、出射面のこの部分に直接当たる散乱光の出射面の各部分の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる。この場合、抽出素子2930は、出射面の各部分について、上記に図1Aに関連して説明したようにブリュースター条件を満足していると言う。

さらに、回復エンクロージャ2940は、散乱素子の第1の表面に隣接する媒質を囲む。回復エンクロージャ2940は、第1の表面を通って媒質内に伝搬する散乱光の幾分かを回復するように配置され構成される。さらに、第2の素子の出射面の複数の部分の形状と光学的界面の形状との組合せは、(i)散乱光を出射面を通して出力し、かつ(ii)出力光の強度分布を制御するように構成される。さらに、ASLV発光デバイス2900によって出力される光は図1Bに示すスペクトル115に対応するスペクトルパワー分布を有する。

図30A〜図30Bは、半球状散乱素子3020と、x-z断面およびy-z断面が円形でありかつx-y断面が方形のフットプリントを有する抽出素子3030とを有するASLV発光デバイス3000の一例の態様を示す。ASLV発光デバイス3000の抽出素子3030は、2つの交差する半円形円筒に共通する体積を含み、したがって、抽出素子3030は、中心を通る、(平面x-zまたはy-zにおいて)方形の各辺に平行な断面が半円形であるクッション状物体である。各辺に対する他の角度でこの中心を通る平面は、方形の対角線に沿って最大偏心度に達する扁平楕円形断面を有する。ASLV発光デバイス3000の抽出素子3030の最も短い断面は半円であり、最も長い断面は扁平楕円である。

必要に応じて多くの他の選択肢が可能であり、たとえば上記に示した最長の断面は半円形にされてもよく、その場合、すべての他の断面は扁平楕円ではなく扁長楕円になる。(平面x-zまたはy-zにおける)各辺に平行な最短の断面と最長の対角断面との間のあらゆる断面は円形にされてよく、その場合、抽出素子の出射面は最終用途の必要に応じてより幅の狭い扁長楕円およびより幅の広い扁平楕円になる。抽出素子3035の出射面のこれらの形態の各々に関して、散乱素子3020は、すべての考えられる光線方向について少なくとも(ワイエルシュトラス角に相当する)臨界角条件、好ましくはブリュースター角入射条件を満足する抽出素子の体積内に含まれる。散乱素子3020自体は、散乱素子から得られる光束分布パターンをさらに制御するために臨界条件体積またはブリュースター条件体積の限界内の様々な形状を有してよい。

図30Cは、光軸z軸に垂直なx-y平面におけるx-y遠視野照度 (強度分布)3080を示し、図30Dは、ASLV発光デバイス3000に対応する光軸z軸を含むx-z平面におけるx-z遠視野照度(強度分布)3090を示す。ASLV発光デバイス3000の抽出素子3030は、コーニック定数Kが零である(K=0)交差した半円状円筒状に形作られる。対角面は扁平楕円形である。図30C〜図30Dに示す結果は、上記に図2A〜図2Dに関連して説明した回転対称のASLV発光デバイス200と比較して、ASLV発光デバイス3000が対角部方向においてより良好な遠視野照度を有し、したがって、より良好な領域照度パターンを生成することを示す。抽出器形状のこの例は、ASLV発光デバイス3000が方形の部屋の対角方向においてより高い強度を生成するのを可能にし、回転が一様なパターンと比較してコーナーにおいて照度を向上させる。

クッション状抽出面3035の様々な形態および散乱素子3020の内部有効発光体積の様々な形態には広範囲の可能な照度パターンまたは強度パターンが利用可能である。

図31A〜図31Bは、半球状散乱素子3120と、交差した楕円円筒王状に形作られ、円形の対角断面を有するとともにxy平面において方形フットプリントを有する抽出素子3130とを有するASLV発光デバイス3100の一例の態様を示す。この例では楕円はK=-0.5を有する。図31Cは、光軸z軸に垂直なx-y平面におけるx-y遠視野照度(強度分布)3180を示し、図31Dは、ASLV発光デバイス3100に対応する光軸z軸を含むx-z平面におけるx-z遠視野照度(強度分布)3190を示す。

前述の実施形態は単一の出射面またはファセット出射面を含む抽出素子を備えるが、他の実施形態も可能である。たとえば、図32は、段によって分離された第1の出射面と第2の出射面とを有する抽出素子3230を含むASLV発光デバイス3200の一例の概略図を示す。発光デバイス3200は、発光素子3210と、散乱素子3220(第1の光学素子とも呼ばれる)と、回復エンクロージャ3240とをさらに含む。

発光素子3210は、動作時に光を生成し放出するように構成される。発光素子3210によって放出される光のスペクトルパワー分布(ポンプ光とも呼ばれる)はたとえば青色であってよい。可視光のスペクトルパワー分布は色度と呼ばれる。散乱素子3220は、発光素子3210から間隔を置いて配置され発光素子3210からの光を受け取るように位置する第1の表面(光入射面とも呼ばれる)を有する。散乱素子3220は、発光素子からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む。散乱光は、弾性散乱ポンプ光と非弾性散乱ポンプ光とを含む。弾性散乱光のスペクトルパワー分布はポンプ光のスペクトルパワー分布と同じであり、非弾性散乱光のスペクトルパワー分布はたとえば黄色であってよい。非弾性散乱ポンプ光のスペクトル111および非弾性散乱ポンプ光のスペクトル113は、図1Bに散乱光のスペクトル115とともに示されている。

再び図32を参照すると分かるように、抽出素子3230は、透明な材料から形成され、散乱素子3220に接触し、したがって、散乱素子と抽出素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面は散乱素子の第1の表面の反対側にある。さらに、抽出素子3230は、光学的界面を通って散乱する光が抽出素子3230に入射するように配置される。

さらに、発光デバイス3200は、散乱素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、散乱素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含む。透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂である。第1および第2の出射面は全体的に湾曲した透明な表面である。言い換えれば、第1および第2の出射面を通過する散乱光の変化は、たとえば、透過光のさらなる散乱が生じる不透明面または拡散面とは異なり、概してスネルの屈折の法則によって説明され得る。いくつかの実装形態では、第1および第2の出射面は、少なくとも部分的に透明であり、第1および第2の出射面に直接当たる散乱光の少なくとも幾分かの第1および第2の出射面での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られる。この場合、抽出素子3230は、各出射面について、上記に図1Aに関連して説明したようにワイエルシュトラス条件を満足していると言う。いくつかの実装形態では、第1および第2の出射面は、第1および第2の出射面に直接当たる散乱光の少なくとも幾分かの第1および第2の出射面での入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる。この場合、抽出素子3230は、各出射面について、上記に図1Aに関連して説明したようにブリュースター条件を満足していると言う。さらに、回復エンクロージャ3240は、散乱素子の第1の表面に隣接する媒質を囲む。回復エンクロージャ3240は、第1の表面を通って媒質内に伝搬する散乱光の幾分かを回復するように配置され構成される。さらに、ASLV発光デバイス3200は散乱光を第1および第2の出射面を通して周囲環境内に出力する。上述のように、ASLV発光デバイス3200によって出力される光は図1Bに示すスペクトル115に対応するスペクトルパワー分布を有する。

たとえば、第1の表面は、発光素子3200の光軸と交差するように配置されてよい。いくつかの実装形態では、第1の出射面は第2の出射面に対してくぼんでいる。他の実装形態では、第2の出射面は第1の出射面に対してくぼんでいる。さらに、段は反射面または透明な表面の一方を含んでよい。いくつかの実装形態では、第1および第2の出射面の少なくとも一方は半透明である。

段によって分離された複数の出射面を有するASLV発光デバイス3200は、散乱素子3200から出射面に対応する方向に放出される光に対して様々な倍率を実現することができる。このように、出射面の相対倍率を、ASLV発光デバイス3200の強度分布を一方の出射面の方向に偏らせるように調整してよい。ASLV発光デバイス3200の例示的な実装形態について以下に図33〜図37に関連して説明する。

図33Aは、半球状散乱素子3320と、抽出素子3330の第1の出射面3335-1と第2の出射面3335-2との間に配置された段3333とを有するASLV発光デバイス3300を示す。第1の表面3335-1は、ASLV発光デバイス3300の光軸z軸と交差するように配置される。ASLV発光デバイス3300は、発光素子3310と平面状反射体3345とをさらに含む。回復キャビティ3340は、散乱素子3320の光入射面および平面状反射体3345から形成される。回復キャビティ3340は、気体、たとえば空気を充填されるかまたは排気される。散乱素子3320の屈折率n_pは散乱素子3330の屈折率n₁以上である。発光素子3310は、平面状反射体3345の開口内に配置され、回復キャビティ3340内に光を放出する。

散乱素子3320は概念上のR₀半球内に含まれる。いくつかの実装形態では、R₀半球は第1の出射面3335-1の半径R₁₁と第2の出射面3335-2の半径R₁₂のうちでより短い方に相当するワイエルシュトラス球を表す。たとえば、図33Aに示すように、第1の出射面3335-1は第2の出射面3335-2に対してくぼんでおり、したがって、第2の出射面3335-2の半径R₁₂は第1の出射面3335-1の半径R11よりも短い。このように、抽出器3335-2の第2の出射面に関してワイエルシュトラス条件が満足される。いくつかの実装形態では、R₀半球は、第1の出射面3335-1の半径R₁₁と第2の出射面3335-2の半径R₁₂のうちでより短い方に相当するブリュースター球を表す。R₁₂<R₁₁であるとき、抽出器3335-2の第2の出射面に関してブリュースター条件が満足される。

抽出素子3330の第1の出射面3335-1と第2の出射面3335-2との間の段3333における考えられるTIR光損失を低減させるために、段3333は両面鏡として形成される。抽出器3330の第2の出射面3335-2の半径R₁₂はワイエルシュトラス条件を満足するので、中央側で段3333の鏡に当たる大部分の光線はTIRを受けずに第1の出射面3335-1を透過する。散乱素子3320の外縁部から抽出器3330の第2の出射面3335-2の上縁部の方へ送られるすべての光線は、段3333の鏡の外側に当たり、方向が光軸z軸に対して>90°の逆方向に変更される。回復エンクロージャ3340の鏡3345の任意の延長部は、これらの光線の大部分を(+z軸に沿って)順方向に向け戻すことができる。

平面状反射体3345は横方向に抽出素子3320の外縁部まで延びる。いくつかの実装形態では、平面状反射体3345は、半径R₁₂に等しい距離に相当する第2の出射面3335-2の外縁部まで横方向に延びる。他の実装形態では、平面状反射体3345は、たとえばR₁₂とR₁₁の間の距離または1.2×R₁₁、1.5×R₁₁、もしくは2.0×R₁₁の距離に相当する第2の出射面3335-2よりも遠い位置まで横方向に延びる。

図33Bは、ASLV発光デバイス3300と同様なASLV発光デバイスによって出力された光の強度分布3390を示す。ASLV発光デバイス3300の散乱素子とASLV発光デバイス200の散乱素子はどちらも半球状であるが、強度分布3390は強度分布290よりも強い順方向バイアスを有する。順方向バイアスが顕著に増大する理由は、ASLV発光デバイス3300の抽出素子3335-1の中央出射面の屈折力がASLV発光デバイス200の抽出素子235の出射面の対応する部分の屈折力よりも大きいことである。さらに、強度分布3390は、散乱素子3320の上部から生じて抽出器3330の下縁部の方へ伝搬する光が光軸z軸から>90°の角度に屈折されるので>2πs_rの立体角をカバーする。

図34Aは、楕円形散乱素子3420と、抽出素子3430の第1の出射面3435-1と第2の出射面3335-2との間に配置された段3433とを有するASLV発光デバイス3400を示す。第1の表面3435-1は、ASLV発光デバイス3400の光軸z軸と交差するように配置される。ASLV発光デバイス3400は、発光素子3410と平面状反射体3445とをさらに含む。回復キャビティ3440は、散乱素子3420の光入射面および平面状反射体3445から形成される。回復キャビティ3440は、気体、たとえば空気を充填されるかまたは排気される。散乱素子3420の屈折率n_pは散乱素子3430の屈折率n₁以上である。発光素子3410は、平面状反射体3445の開口内に配置され、回復キャビティ3440内に光を放出する。

半楕円形散乱素子3420は概念上のR₀半球内に含まれる。いくつかの実装形態では、R₀半球は第1の出射面3435-1の半径R₁₁と第2の出射面3435-2の半径R₁₂のうちでより短い方に相当するワイエルシュトラス球を表す。図34Aに示す例では、第1の出射面3435-1は第2の出射面3435-2に対してくぼんでおり、したがって、第2の出射面3435-2の半径R₁₂は第1の出射面3435-1の半径R₁₁よりも短い。このように、抽出器3355-2の第2の出射面に関してワイエルシュトラス条件が満足される。いくつかの実装形態では、R₀半球は、第1の出射面3435-1の半径R₁₁と第2の出射面3435-2の半径R₁₂のうちでより短い方に相当するブリュースター球を表す。R₁₂<R₁₁であるとき、抽出器3435-2の第2の出射面に関してブリュースター条件が満足される。

抽出素子3430の第1の出射面3435-1と第2の出射面3435-2との間の段3433における考えられるTIR光損失を低減させるために、段3433は両面鏡として形成される。抽出器3430の第2の出射面3435-2の半径R₁₂はワイエルシュトラス条件を満足するので、中央側で段3433の鏡に当たる大部分の光線はTIRを受けずに第1の出射面3435-1を透過する。散乱素子3420の外縁部から抽出器3430の第2の出射面3435-2の上縁部の方へ送られるすべての光線は、段3433の鏡の外側に当たり、方向が光軸z軸に対して>90°の逆方向に変更される。回復エンクロージャ3440の鏡3445の任意の延長部は、これらの光線の大部分を(+z軸に沿って)順方向に向け戻すことができる。

平面状反射体3445は横方向に散乱素子3320の外縁部まで延びる。いくつかの実装形態では、平面状反射体3445は、半径R₁₂に等しい距離に相当する第2の出射面3435-2の外縁部まで横方向に延びる。他の実装形態では、平面状反射体3445は、たとえばR₁₂とR₁₁との間の距離または1.2×R₁₁、1.5×R₁₁、もしくは2.0×R₁₁の距離に相当する第2の出射面3435-2よりも遠い位置まで横方向に延びる。

図34Bは、ASLV発光デバイス3400と同様なASLV発光デバイスによって出力された光の強度分布3490を示す。ASLV発光デバイス3400の散乱素子とASLV発光デバイス1900の散乱素子はどちらも半楕円形であるが、強度分布3490は強度分布1990よりも強い順方向バイアスを有する。順方向バイアスが顕著に増大する理由は、ASLV発光デバイス3400の抽出素子3435-1の中央出射面の屈折力がASLV発光デバイス1900の抽出素子1935の出射面の対応する部分の屈折力よりも大きいことである。さらに、強度分布3490は、散乱素子3420の上部から生じて抽出器3430の下縁部の方へ伝搬する光が光軸z軸から>90°の角度に屈折されるので>2πsrの立体角をカバーする。

図35Aは、矩形散乱素子3520と、抽出素子3530の第1の出射面3535-1と第2の出射面3535-2との間に配置された段3533とを有するASLV発光デバイス3500を示す。図35に示す矩形蛍光体形状は、ASLV発光デバイス3500の矩形散乱素子3520を対角方向に切断した部分を表す。第1の表面3535-1は、ASLV発光デバイス3500の光軸z軸と交差するように配置される。ASLV発光デバイス3500は、発光素子3510と平面状反射体3545とをさらに含む。回復キャビティ3540は、散乱素子3520の光入射面および平面状反射体3545から形成される。回復キャビティ3540は、気体、たとえば空気を充填されるかまたは排気される。散乱素子3520の屈折率n_pは抽出素子3530の屈折率n₁以上である。発光素子3510は、平面状反射体3545の開口内に配置され、回復キャビティ3540内に光を放出する。

矩形散乱素子3520は概念上のR₀半球内に含まれる。いくつかの実装形態では、R₀半球は第1の出射面3535-1の半径R₁₁と第2の出射面3535-2の半径R₁₂のうちでより短い方に相当するワイエルシュトラス球を表す。図35Aに示す例では、第1の出射面3535-1は第2の出射面3535-2に対してくぼんでおり、したがって、第2の出射面3535-2の半径R₁₂は第1の出射面3535-1の半径R₁₁よりも短い。このように、抽出器3535-2の第2の出射面に関してワイエルシュトラス条件が満足される。いくつかの実装形態では、R₀半球は、第1の出射面3535-1の半径R₁₁と第2の出射面3535-2の半径R₁₂のうちでより短い方に相当するブリュースター球を表す。R₁₂<R₁₁であるとき、抽出器3355-2の第2の出射面に関してブリュースター条件が満足される。

抽出素子3530の第1の出射面3535-1と第2の出射面3535-2との間の段3533における考えられるTIR光損失を低減させるために、段3533は両面鏡として形成される。抽出器3530の第2の出射面3535-2の半径R₁₂はワイエルシュトラス条件を満足するので、中央側で段3533の鏡に当たる大部分の光線はTIRを受けずに第1の出射面3535-1を透過する。散乱素子3520の外縁部から抽出器3530の第2の出射面3535-2の上縁部の方へ送られるすべての光線は、段3533の鏡の外側に当たり、方向が光軸z軸に対して>90°の逆方向に変更される。回復エンクロージャ3540の鏡3545の任意の延長部は、これらの光線の大部分を(+z軸に沿って)順方向に向け戻すことができる。

平面状反射体3545は横方向に散乱素子3520の外縁部まで延びる。いくつかの実装形態では、平面状反射体3545は、半径R₁₂に等しい距離に相当する第2の出射面3535-2の外縁部まで横方向に延びる。他の実装形態では、平面状反射体3545は、たとえばR₁₂とR₁₁との間の距離または1.2×R₁₁、1.5×R₁₁、もしくは2.0×R₁₁の距離に相当する第2の出射面3535-2よりも遠い位置まで横方向に延びる。

図35Bは、ASLV発光デバイス3500と同様なASLV発光デバイスによって出力された光の強度分布3590を示す。強度分布3590は、順方向に偏るが、ASLV発光デバイス3500では、横方向(x軸またはy軸の±方向、単に左右方向または側方と呼ばれる)の放出が好ましく、(z軸に沿った)軸上放出が犠牲になることを示す。さらに、強度分布3590は、散乱素子3520の上部から生じて抽出器3530の下縁部の方へ伝搬する光が光軸z軸から>90°の角度に屈折されるので>2πsrの立体角をカバーする。

図36は、矩形散乱素子3620と、段3633によって分離された第1の出射面3635-1および第2の出射面3635-2を含む抽出素子3630とを有するASLV発光デバイス3600を示す。さらに、第2の出射面3635-2は光軸z軸から90°を超えた角度に延びる。第1の表面3635-1は、ASLV発光デバイス3600の光軸z軸と交差するように配置される。ASLV発光デバイス3600は、発光素子3610と平面状反射体3645とをさらに含む。回復キャビティ3640は、散乱素子3620の光入射面および平面状反射体3645から形成される。回復キャビティ3640は、気体、たとえば空気を充填されるかまたは排気される。散乱素子3620の屈折率n_pは散乱素子3630の屈折率n₁以上である。発光素子3610は、平面状反射体3645の開口内に配置され、回復キャビティ3640内に光を放出する。

矩形散乱素子3620は概念上のR₀半球内に含まれる。いくつかの実装形態では、R₀半球は第1の出射面3635-1の半径R₁₁と第2の出射面3635-2の半径R₁₂のうちでより短い方に相当するワイエルシュトラス球を表す。図36に示す例では、第1の出射面3635-1は第2の出射面3635-2に対してくぼんでおり、したがって、第2の出射面3635-2の半径R₁₂は第1の出射面3635-1の半径R₁₁よりも短い。このように、抽出器3635-2の第2の出射面に関してワイエルシュトラス条件が満足される。いくつかの実装形態では、R₀半球は第1の出射面3635-1の半径R₁₁と第2の出射面3635-2の半径R₁₂のうちでより短い方に相当するブリュースター球を表す。R₁₂<R₁₁であるとき、抽出器3635-2の第2の出射面に関してブリュースター条件が満足される。

抽出素子3630の第1の出射面3635-1と第2の出射面3635-2との間の段3633における考えられるTIR光損失を低減させるために、段3633は両面鏡として形成される。抽出器3330の第2の出射面3635-2の半径R₁₂はワイエルシュトラス条件を満足するので、中央側で段3633の鏡に当たる大部分の光線はTIRを受けずに第1の出射面3635-1を透過する。散乱素子3620の外縁部から抽出器3630の第2の出射面3635-2の上縁部の方へ送られるすべての光線は、段3633の鏡の外側に当たり、方向が光軸z軸に対して>90°の逆方向に変更される。回復エンクロージャ3640を延長する任意の鏡3650が、後述のようにこれらの光線の大部分を(+z軸に沿って)順方向に向け戻すことができる。

鏡3650は、回復エンクロージャ3640を形成する平面状反射体3645を延長するように配置される。さらに、鏡3650は、一方の端部において散乱素子3620の縁部に結合し、他方の端部において抽出素子3636-2の第2の出射面の縁部に結合するように形作られる。上述のように、図36に示す例では、抽出素子3636-2の第2の出射面の縁部は、平面状反射体3645によって形成される平面よりも下まで、光軸z軸に対して90°よりも大きい角度座標を有するように延びる。この場合、鏡3650は互いに角度を形成する2つの平面状部分を含む。他の実装形態では、鏡3650は単一の平面状部分または湾曲(凹状または凸状)部分として形成されてよい。場合によっては、鏡3650は、たとえば_R12とR₁₁との間の距離または1.2×R₁₁、1.5×R₁₁、もしくは2.0×R₁₁の距離に相当する第2の出射面3635-2よりも遠い位置まで横方向に延びる。

いくつかの実装形態では、抽出素子3630の第1の出射面3635-1と第2の出射面3635-2との間の段3633における鏡は、光を逆方向に(z軸の負の方向に)反射するように延ばされ配置されてよい。この変形実装形態は、順方向(z軸の正の方向)における指定された「ダウンライト」分布および(z軸の負の方向における)天井を照明するための定められた「逆方向ローブ」を有するペンダント設計において重要である。

図37は、矩形の台3710上に配置された2つ以上の色度の複数の発光デバイスを含む発光素子3710を有するASLV発光デバイス3700を示す。ASLV発光デバイス3700は、抽出素子3730の第1の出射面3735-1と第2の出射面3735-2との間に配置された段3733をさらに有する。散乱素子3720のサイズはワイエルシュトラス条件を満足する。発光素子3710の複数の発光デバイスは潜在的に有益であり得る。たとえば、発光素子3710はASLV発光デバイス3700の光出力を増大させるように複数の青色ポンプを有してよい。別の例として、発光素子3710は、温白色照明器具の有効性を高めるように複数の青色ポンプおよび赤色LEDを有してよい。この例では、複数の青色ポンプおよび赤色LEDが独立にアドレス指定されてよい。たとえば、ASLV発光デバイス3700によって順方向ローブおよびサイドローブについて独立に色および強度出力を調整するために、中央における蛍光体照明を支配する頂部LEDは、サイドローブを支配する側部LEDとは独立にアドレス指定されてよい。すべての光源が散乱素子3720内にあるので、遠視野強度分布は色不変であってよい。

特定の照明器具設計では、光の2峰性分布、すなわち、側方およびわずかに逆方向に向けられたシート光を伴う光の中央ダウンコーンを実現する。そのような設計の目的は一般に、ダウンライトと天井照明の2つの機能である。後述のように、複合抽出器を有するASLVデバイスは、ASLV発光デバイスによってもたらされる効率上のすべての利点を維持しつつそのような強度分布を実現することができる。

本明細書において上記に説明したように、特定のASLV設計は、ワイエルシュトラス形状を切頭ワイエルシュトラス球(たとえば、図4〜図6に示す例を参照されたい)またはワイエルシュトラスシェル(たとえば図2および図7に示す例を参照されたい)のいずれかとして使用することによって順方向の光を最大にする。青色ポンプと蛍光素子とを含む発光素子からの光の抽出量を最大にする場合、回転対称およびワイエルシュトラス形状がASLV設計の寄与および価値を利用する最も単純な設計を代表し得る。

上記に図2Aに関連して説明した発光素子のランバート分布によって照明される半球状散乱素子を検討する。散乱素子220の中央(頂部)領域は外周よりも高いレベルの放射密度を受け取ると考えられる。しかし、散乱素子220から後方散乱する光は、拡散反射体245によって再び散乱素子220内に散乱される。このように、散乱素子220の照明の、上述のような中心と縁部との差が低減する。光学設計ソフトウェアを使用して特定の設計を構成することができるが、たとえば、(1)半径方向に対称であり、(2)明るさが中心から縁部に低下していき、(3)角度分布がデバイス間で再生可能であるべきである、散乱素子220から放射される強度分布が得られるようにすべきである。

図38は、上述の要件を満足するように構成されASLV発光デバイスの別の例3800の概略図である。ASLV発光デバイス3800は、発光素子3810、散乱素子3820(第1の光学素子とも呼ばれる)と、抽出素子3830(第2の光学素子とも呼ばれる)と、回復エンクロージャ3840とを含む。

発光素子3810は、動作時に光を生成し放出するように構成される。発光素子3810によって放出される光のスペクトルパワー分布(ポンプ光とも呼ばれる)はたとえば青色であってよい。可視光のスペクトルパワー分布は色度と呼ばれる。散乱素子3820は、発光素子3810から間隔を置いて配置され発光素子3810からの光を受け取るように位置する第1の表面(光入射面とも呼ばれる)を有する。散乱素子3820は、発光素子3810からの光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を含む。散乱光は、弾性散乱ポンプ光と非弾性散乱ポンプ光とを含む。弾性散乱光のスペクトルパワー分布はポンプ光のスペクトルパワー分布と同じであり、非弾性散乱光のスペクトルパワー分布はたとえば黄色であってよい。非弾性散乱ポンプ光のスペクトル111および非弾性散乱ポンプ光のスペクトル113は、図1Bに散乱光のスペクトル115とともに示されている。

再び図38を参照すると分かるように、抽出素子3830は、透明な材料から形成され、散乱素子3820に接触し、したがって、散乱素子と抽出素子との間の接触場所に光学的界面があり、光学的界面は散乱素子の第1の表面の反対側にある。さらに、抽出素子3830は、光学的界面を通って散乱する光が抽出素子3830に入射するように配置される。さらに、抽出素子3830は、第1の部分と光導波路とを含む。第1の部分は、出射面を有し、散乱光の第1の部分を光学的界面から受け取るように配置される。いくつかの実装形態では、第1の部分の出射面は、第1の部分の出射面に直接当たる散乱光の第1の部分の出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面である。この場合、抽出素子3830の第1の部分は、上記に図1Aに関連して説明したようにワイエルシュトラス条件を満足していると言う。いくつかの実装形態では、第1の部分の出射面は、第1の部分の出射面に直接当たる散乱光の第1の部分の出射面上での入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる。この場合、抽出素子3830の第1の部分は、上記に図1Aに関連して説明したようにブリュースター条件を満足していると言う。

出射面は全体的に湾曲した透明な表面である。言い換えれば、出射面を通過する散乱光の変化は、たとえば、透過光のさらなる散乱が生じる不透明面または拡散面とは異なり、概してスネルの屈折の法則によって説明され得る。光導波路は、散乱光の第2の部分を光学的界面から受け取るように配置される。さらに、光導波路は、散乱光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射することによって散乱光の受け取られた第2の部分を光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有する。

さらに、ASLV発光デバイス3800は、散乱素子の第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、散乱素子3820は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含む。透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂である。さらに、回復エンクロージャ3840は、散乱素子の第1の表面に隣接する媒質を囲む。回復エンクロージャ3840は、第1の表面を通って媒質内に伝搬する散乱光の幾分かを回復するように配置され構成される。ASLV発光デバイス3800は散乱光を出射面を通して周囲環境内に出力する。上述のように、ASLV発光デバイス3800によって出力される光は図1Bに示すスペクトル115に対応するスペクトルパワー分布を有する。

いくつかの実装形態では、第1の部分が発光素子3800の光軸と交差する。いくつかの実装形態では、案内面上に反射性コーティングが配設される。反射性コーティングは、散乱光の受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射するように構成される。いくつかの実装形態では、光導波路は、受け取られた第2の光の少なくとも幾分かを全内部反射によって反射するように構成される。いくつかの実装形態では、光導波路は、所定量の光を案内面を通して発光素子3810から所定の距離において出力するように構成されてよい。たとえば、案内面は、所定量の光を抽出するように構成された表面テクスチャを有する。別の例として、光導波路は、所定量の光が案内面を通して発光素子3810から所定の距離において放出されるように光を散乱させるように構成された中心を含んでよい。いくつかの実装形態では、光導波路は、散乱光の受け取られた少なくとも幾分かの第2の部分の少なくとも一部を出力するように構成された遠位面を有してよい。

図39は、複合抽出素子を有するASLV発光デバイス3900を示す図である。ASLV発光デバイス3900によって出力された強度分布は2つの部分に区画される。部分1は、切頭ワイエルシュトラスシェルの形をした複合抽出器3930-1の第1の部分を通して抽出される強度分布の中央部分を含む。この例では、強度分布の中央部は90°の円錐として形作られる。部分2は、中央円錐にはない強度分布の残りの部分であり、複合抽出器3930-2の光導波路を通して光導波路3935-2/3935-2'の出射面まで横方向に導波される。この例では、反射体3945が、散乱素子3920と一緒にASLV発光デバイス3900の回復エンクロージャ3940を形成し、光導波路3935-2/3935-2'の出射面まで延びる。このように、散乱素子3920によって光導波路3930-2内に散乱された光は、(i)案内面3937におけるTIRおよび(ii)反射体3945の延長部における反射によって出射面3935-2/3935-2'に案内される。

光導波路3935-2/3935-2'の出射面の形状はASLV発光デバイス3900によって出力される強度分布の部分2を決定する。このように、複合抽出器の出射面は、複合抽出器3930-1のワイエルシュトラス部に相当する出射面3935-1の中央部と、光導波路3930-2の出力面に相当する出射面3935-2、3935-2'の側部とを含む。複合抽出器3935-1、3935-2/3935-2'の出射面のこの2つの部分は、ASLV発光デバイス3900によって出力される光の2峰性強度分布を生成することができる。たとえば、光導波路3935-2'の出射面の特定の構成は、天井の大部分を照明するように光軸に対して95度〜110度に出射する光のわずかに逆方向に向けられたコーンを生成することができる。

いくつかの実装形態では、散乱素子3920から放出された光は、半径方向に対称の2つよりも多い部分または光軸z軸に垂直な方向(xまたはy)における楕円形強度分布またはその他の非対称強度分布を生成する各部分に分割される。

ASLV発光デバイス3900によって出力される光パターンの整形においては複数の自由度がある。たとえば、上述のように、複合抽出器3930-1の中央部の角度は中央コーンと側部強度分布との比を決定する。複合抽出器3930-1のワイエルシュトラス部の外径および厚さは、(z軸に沿った)軸方向コリメーションを最適化するように変更されてよい。側光を案内する抽出素子3930-2の光導波路の回転対称性からの逸脱を使用して側光の様々な分布パターンを生成してよい。側光の出射面3935-2/3935-2'の形状または表面構造を使用して案内される側光の強度分布を調整してよい。図39に示す例において、光導波路3935-2の出射面の第1の部分は、ASLV発光デバイス3900の光軸z軸に対して所定の角度に配置され、光導波路3935-2'の出射面の第2の部分は、所定の角度とは異なる角度に配置され、屈折力が非零になるように構成される。

図40は、中央部4030-1と光導波路4030-2とを含む複合抽出素子を有する別のASLV発光デバイス4000を示す。この例では、ASLV発光デバイス4000の複合抽出器4030-1の中央部は約60°のコーン角に広がる。さらに、中央部4035-1の出射面はワイエルシュトラス条件を満足する。この例では、反射体4045が、散乱素子4020と一緒にASLV発光デバイス4000の回復エンクロージャ4040を形成し、光導波路4035-2/4035-2'の出射面まで延びる。さらに、光導波路4037の案内面は反射層で覆われる。このように、散乱素子4020によって光導波路4030-2内に散乱された光は、案内面4037における反射および反射体4045の延長部における反射によって出射面4035-2/4035-2'に案内される。

光導波路4035-2の出射面の第1の部分は、レンズアレイ、たとえばフライアイレンズを含み、光導波路4035-2'の出射面の第2の部分は出力光を拡散するように構成される。たとえば、出射面4035-2'の第2の部分は、くぼみ、スクラッチ、ピットなどを含むように構成される。

図41は、ASLV発光デバイス4100の複合抽出器4130-1の中央部に関する製造手法の一例を示す。第1のステップは、側部抽出器4130-2および中央抽出器4130-1を成形することを含む。側部抽出器4130-2は、散乱素子4120が堆積された半球状エンクロージャ4140を含む。さらに、側部抽出器4130-2は、中央抽出器4130-1が側部抽出器4130-2と嵌め合う位置合わせくぼみ4125を含む。次に、頂部反射体4137を側部抽出器4130-2に蒸着または接着してよい。次に、散乱素子4120をエンクロージャ4140内に堆積させてよい。次に、底部反射体4145を適切な基準点に接着して反射体の穴4105を光軸z軸に揃えてよい。組立ての最後のステップは、くぼみ4125において中央抽出器4130を側部抽出器4130-2に空隙なしに接着することを含む。側部抽出器4130-2の出射面は成形されてよく、または出射面の構造が可撓性のテープと一致する場合、ボイドフリー屈折率整合接着剤を使用して側壁上に接着されてよい。

(上記に図39〜図40に関連して説明したような)複合抽出器を使用するASLV発光デバイスは、従来の設計を使用する発光デバイスよりも効率的であり得る。ASLV設計は、光(たとえば、青色およびその他の色)の50%以上が再びLEDチップ内に散乱するのを回避することができ、光の損失は抽出効率に関係する。(たとえば上記に図2Aに関連して説明したような)ASLV発光素子のワイエルシュトラスシェル形状では、後方散乱した光の実質的にすべてが1回の反射のみで散乱素子内に反射される。後方散乱した光の約10%(形状に依存する)のわずかな部分のみがチップまたはその他のパッケージの関連する表面に当たり、吸収される可能性がある。

さらに、(上記に図39〜図40に関連して説明したような)複合抽出器を使用するASLV発光素子は従来の設計を使用する発光デバイスよりも小形であってよい。ASLV回復エンクロージャの半径は、1×1mm²チップを含むレベル型ランプの場合5mm程度であってよく、または3×3mm²チップアレイの場合は8mm程度であってよい。中央抽出器位置合わせ機構の設計に応じて、横方向光導波路または側部抽出器の厚さは空洞半径プラス2mm程度であってよい。

さらに、(上記に図39〜図40に関連して説明したような)複合抽出器を使用するASLV発光素子は、従来の設計を使用する発光デバイスよりも高いモジュール性を有してよい。100lm〜500lm用途では、寿命に応じて1つのチップ1x1mm²を使用してよいが、2klm〜3klm用途では3x3mm²アレイが有効であり得る。さらに、様々な用途の設計要件を満たすように複数のASLVデバイスを1次元アレイまたは2次元アレイとして使用してよい。

さらに、(上記に図39〜図40に関連して説明したような)複合抽出器を使用するASLV発光素子は、従来の設計を使用する発光デバイスよりも設計上の融通性が高くなり得る。光源断面積が25mm²〜64mm²であり、放射パターンが正常な振る舞いを示し予測可能であり、3°sr〜6°srの範囲である場合、様々な用途に関して強度分布パターンを設計する際の融通性が高くなる。

さらに、(上記に図39〜図40に関連して説明したような)複合抽出器を使用するASLV発光素子は、従来の設計を使用する発光デバイスよりもコストが安くなり得る。(設置費を含まない)照明システムのコストは概して、(a)光源コスト、(b)電圧変換器または安定器、(c)構成要素およびその組立てに必要な精度、ならびに(d)最終的なエンクロージャのサイズおよび重量によって決定される。LED光源とスペクトル的に独立したASLVベースの強度分布との組合せは、(a)および(c)に関する低コスト解決策を実現する。低電力消費量のLEDでは、最終的に(b)に関するコストが最低になると考えられる。最終的なエンクロージャ(d)は、グレア制御に起因して依然として従来の照明と同程度の大きさを有する必要があるが、強度分布の優れた内部制御によってエンクロージャ仕様の重大度を低下させ、したがって、エンクロージャを著しく安価にすることができ、強度分布制御を向上させることができる。

現在、直線的な蛍光管が屋内空間の一般的な照明用に広く使用されている。このような蛍光管の強度分布を模倣するかまたは向上させることのできる任意の効率的なSSL光源が、照明業界で大いに注目されている。

前述の実施形態のうちの多くは軸、たとえばz軸に対して回転対称であるが、他の構成も可能である。たとえば、上述の実施形態の特徴を組み込んだASLV発光デバイスは、y軸に沿って細長いASLV発光デバイスであってよい。したがって、デバイスのx-z断面が回転不変である代わりに、延長されたデバイスのx-z断面が延長方向、たとえばy軸の方向に並進不変であってよい。

前述のように、ASLV発光デバイスの細長い実施形態も考えられる。たとえば、従来の蛍光管の形状因子を有する上述の実施形態の特徴を組み込んだASLV発光デバイスが可能である。図42は、z軸に対して回転対称である複数の散乱素子4220と共通の細長い抽出素子4230とを有する細長いASLV発光デバイス4200の一例を示す図である。この例では、抽出素子4230は、単一のLED4210またはLED4210のクラスタごとにくぼみ4240を有する半円筒状ロッドで構成される。内側に散乱素子4220を含む半球状のくぼみ4240と蛍光体とLEDとの間のエアギャップ4240がハイブリッドASLVデバイスを表す。半径方向平面x-zにおいて、ハイブリッドASLVデバイスは、上記に図2Aに関連して説明したASLVデバイスとまったく同じように働く。このように、ハイブリッドASLVデバイス内を伝搬する大部分の光は、第1のパスにおいてx-z平面内を透過する。

(y軸に沿った)長手方向において、散乱素子4220からの散乱光の大部分を抽出素子4230に導波モードとして閉じ込めることができる。このような導波モードをエスケープモードに変換するために、半円筒状ロッドの裏側の反射体4245は顕著な拡散度、すなわち10%〜50%を有するように構成される。たとえば、市販の反射体は12%〜82%の拡散率から97%の反射率を維持することができる。拡散率を適切に選択すると、半円筒状抽出器4230の裏側反射体4205上の反射が3回〜5回以下である設計を見つけることができる。(z方向において)順方向に偏った角度分布を有するそのようなASLV発光デバイス4200は、照明器具損失が全方向性蛍光管に基づく照明器具損失よりも優れている。

図43は、細長い散乱素子4320と細長い抽出素子4330とを有するASLV発光デバイス4300を示す。この例では、抽出素子4330は、ASLV発光デバイス4300の全長にわたって内側を蛍光体で覆われた(細長い散乱素子4320を形成する)半円筒状シェルで構成される。ASLV発光デバイス4200において生じる(y軸に沿った)長手方向における同じモード変換問題がASLV発光デバイス4300にも存在する。しかし、反射率が97%〜98%であり、拡散率の利用可能な範囲が5%〜82%であるので、全方向性直線状チューブよりも優れた性能が実現可能であると考えられる。

押出し成形/成形時に工程時に観測される温度範囲にわたって半円筒状ロッド/シェルの屈曲の両方を回避するには、たとえば、発光デバイス4300の全長を覆う剛性を有する押出し成形された4フィートの(たとえば、Alから製造された)ヒートシンク上に取り付けられた、1フィートの4つの部片としてASLV発光デバイス4300を製造してよい。

ASLV発光デバイス4300に対する発光デバイス4200の蛍光体消費量は、s/2Rの比だけ低く、ただし、sはLED間またはLEDクラスタ間の距離を示し、Rはくぼみ/溝(4240/4340)の内径を示す。

3600lmチューブの直線的な光均一性は、リニアフィート当たり4つ〜6つの素子によって実現することができ、したがって、LED間隔は3インチから4インチの間である。このように、LEDまたはLEDクラスタ当たり150lm〜225lmが必要である。現在の性能では、上記の仕様を2Wの市販のLEDポンプによって実現することができる。

いくつかの実装形態では、光子が抽出器4330から散乱素子4320に再入射するのを低減させる(たとえば、最低限に抑える)と有益であることがある。たとえば、ASLV発光デバイス4300において、抽出素子4330内を(y軸に沿って)長手方向に伝搬する光子は、この散乱素子4320がチューブ4330の全長に沿って円筒状表面を覆う場合、散乱素子4320内に戻るTIRを受ける確率が非常に高い。ASLV発光デバイス4200において、次のLED位置の散乱素子4220'は所与のLED位置の散乱素子4220に対して比較的離れており、したがって、所与のLEDの散乱素子4220において発生した長手方向光子は次のLED位置に達する前にチューブ4230から放出される可能性が高い。したがって、ASLV発光デバイス4200は、蛍光体関連損失がASLV発光デバイス4300よりも低くなることがある。

ASLV発光デバイス4300における散乱素子4320において生じた光が数回のTIR反射を受けて蛍光体素子4330に戻る場合、青色光子が奪われ、光のスペクトル組成が、(y軸に沿った)長手方向における青色ポンプからの距離に応じてCCTが低くなるように変化する。このCCTの変化は、LED間隔が短く、すなわち、円筒状抽出素子4330の外径の1倍〜2倍であるときにはそれほど顕著ではない。しかし、少数のパワーLEDを離隔距離を6インチ以上にして使用するときには問題になることがある。したがって、LED離隔距離が約6インチ以上である実施形態では、(たとえば、抽出素子4330の組成を抽出素子4330の長さに沿って変化させ、かつ/またはASLV発光デバイス4300に追加の拡散源を導入することによって)ASLV発光デバイス4300の長さに沿ったスペクトル変動を補償することが有益であることがある。

他の実施形態は特許請求の範囲に記載されている。

100 発光デバイス
111 放出スペクトル
112 吸収スペクトル
113 放出スペクトル
115 散乱光
120 散乱素子
130 抽出素子
140 回復エンクロージャ
200 ASLV発光デバイス
210 発光素子
215 第1の表面
220 散乱素子
225 光学的界面
230 抽出素子
235 出射面
240 半球状エンクロージャ
245 反射体
300 ASLV発光デバイス
310 発光素子
320 散乱素子
325 光学的界面
330 抽出素子
334 出射面
340 回復エンクロージャ
345 反射体
400 ASLV発光デバイス
402 一次光学サブシステム
410 抽出素子
415 光入射面
417 二次表面
420 散乱素子
425 光学的界面
440 ギャップ
450 光学カプラ
451 反射マントル
460 LEE
500 ASLV発光デバイス
510 抽出素子
520 発光素子
525 周辺エンクロージャ
530 発光素子
540 媒質
590 支持部材
600 ASLV発光デバイス
610 発光素子
620 散乱素子
625 光学的界面
630 抽出素子
635 出射面
640 回復エンクロージャ
645 光学カプラ
700 ASLV発光デバイス
710 抽出器
717 壁
720 散乱素子
740 回復エンクロージャ
760 発光デバイス
800 ASLV発光デバイス
810 抽出素子
817 平坦な表面
820 散乱素子
840 回復エンクロージャ
850 ベース
860 発光素子
900 ASLV発光デバイス
910 発光素子
911 放出スペクトル
912 吸収スペクトル
913 放出スペクトル
914 スペクトル
915 混合光
917 混合光
920 散乱素子
930 抽出素子
940 回復エンクロージャ
1000 ASLV発光デバイス
1010 発光素子
1011 放出スペクトル
1012 放出スペクトル
1013 放出スペクトル
1014 放出スペクトル
1015 混合光
1017 混合光
1020 散乱素子
1030 抽出素子
1040 回復エンクロージャ
1100 ASLV発光デバイス
1110 抽出素子
1117 拡散反射面
1120 散乱素子
1140 回復エンクロージャ
1150 表面
1160 発光デバイス
1200 ASLV発光デバイス
1210 抽出素子
1217 反射層
1220 散乱素子
1240 回復エンクロージャ
1245 基板
1260 発光デバイス
1300 ASLV発光デバイス
1310 発光素子
1320 散乱素子
1330 抽出素子
1340 回復エンクロージャ
1350 システム内光源フィードバック
1400 ASLV発光デバイス
1410 抽出素子
1420 散乱素子
1440 鏡面反射性の内部
1450 光学カプラ
1460 LEE
1490 検出器
1500 ASLV発光デバイス
1510 光学素子
1520 散乱素子
1550 光学カプラ
1551 開口部または透明な部分
1560 LEE
1580 反射体
1581 開口部または透明な部分
1590 検出器
1600 ASLV発光デバイス
1610 抽出素子
1617 反射層
1620 散乱素子
1640 回復エンクロージャ
1660 発光デバイス
1690 検出器
1700 フィードバック回路
1720 フォトニック検知ユニット
1730 コントローラ
1740 非フォトニック特性検知ユニット
1800 ASLV発光デバイス
1820 発光素子
1830 抽出素子
1840 回復エンクロージャ
1900 ASLV発光デバイス
1910 発光素子
1920 散乱素子
1930 抽出素子
1935 出射面
1940 回復キャビティ
1945 反射体
2000 ASLV発光デバイス
2020 散乱素子
2030 抽出素子
2035 出射面
2040 回復キャビティ
2045 反射体
2090 強度分布
2100 ASLV発光デバイス
2120 散乱素子
2130 抽出素子
2135 出射面
2140 回復キャビティ
2145 反射体
2190 強度分布
2192 強度分布
2200 照明器具
2205 ベース基板
2210 ASLV発光デバイス
2300 ASLV発光デバイス
2310 抽出素子
2320 散乱素子
2340 回復エンクロージャ
2360 発光デバイス
2390 強度分布
2400 ASLV発光デバイス
2410 抽出素子
2417 壁
2420 散乱素子
2421 ドーム状キャップ
2423 ドーム状キャップ
2425 管状の中央部
2440 回復エンクロージャ
2460 発光デバイス
2490 強度分布
2500 ASLV発光デバイス
2510 発光デバイス
2517 壁
2520 散乱素子
2535 出射面
2540 回復エンクロージャ
2545 反射体
2590 強度分布
2592 強度分布
2600 ASLV発光デバイス
2610 発光デバイス
2620 散乱素子
2630 抽出素子
2635 出射面
2640 回復エンクロージャ
2690 強度分布
2700 ASLV発光デバイス
2710 抽出素子
2717 壁
2720 散乱素子
2730 抽出素子
2735 出射面
2740 回復エンクロージャ
2790 強度分布
2800 ASLV発光デバイス
2830 抽出素子
2835 抽出器
2900 ASLV発光デバイス
2910 発光素子
2920 散乱素子
2930 抽出素子
2940 回復エンクロージャ
3000 ASLV発光デバイス
3020 散乱素子
3030 抽出素子
3035 抽出素子
3080 x-y遠視野照度
3090 ASLV発光デバイス
3100 ASLV発光デバイス
3120 散乱素子
3130 抽出素子
3180 x-y遠視野照度
3190 x-z遠視野照度
3200 ASLV発光デバイス
3210 発光素子
3220 散乱素子
3230 抽出素子
3240 回復エンクロージャ
3300 ASLV発光デバイス
3320 発光素子
3330 抽出素子
3333 段
3335-1 第1の出射面
3335-2 第2の出射面
3340 回復キャビティ
3345 反射体
3390 強度分布
3400 ASLV発光デバイス
3420 散乱素子
3433 段
3435-1 第1の出射面
3435-2 第2の出射面
3440 回復キャビティ
3445 反射体
3490 強度分布
3500 ASLV発光デバイス
3510 発光素子
3520 散乱素子
3530 抽出素子
3533 段
3535-1 第1の出射面
3535-2 第2の出射面
3540 回復キャビティ
3545 反射体
3590 強度分布
3600 ASLV発光デバイス
3610 発光素子
3620 散乱素子
3630 抽出素子
3633 段
3635-1 第1の出射面
3635-2 第2の出射面
3636-2 第2の出射面
3640 回復キャビティ
3645 反射体
3650 鏡
3700 ASLV発光デバイス
3710 台
3720 散乱素子
3733 段
3735-1 第1の出射面
3735-2 第2の出射面
3800 ASLV発光デバイス
3810 発光素子
3820 散乱素子
3830 抽出素子
3840 回復エンクロージャ
3900 ASLV発光デバイス
3920 散乱素子
3930-1 複合抽出器
3930-2 複合抽出器
3935-2/3935-2' 光導波路
3937 案内面
4000 ASLV発光デバイス
4020 散乱素子
4030-1 中央部
4030-2 光導波路
4035-2/4035-2' 光導波路
4037 光導波路
4040 回復エンクロージャ
4045 反射体
4100 ASLV発光デバイス
4105 穴
4120 散乱素子
4125 位置合わせくぼみ
4130-1 複合抽出器
4130-2 側部抽出器
4140 エンクロージャ
4200 ASLV発光デバイス
4205 裏面反射体
4220 散乱素子
4230 抽出素子
4300 ASLV発光デバイス
4320 散乱素子
4330 抽出素子

Claims (430)

1. 動作時に第1のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第1の発光素子、および
   動作時に前記第1のスペクトルパワー分布とは異なる第2のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第2の発光素子を含む複数の発光素子と、
   前記第1および第2の発光素子から間隔を置いて配置されかつ前記第1および第2の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、前記第1および第2の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱させ、前記第1および第2の発光素子からの光を含み混合スペクトルパワー分布を有する混合光を生成するように配置された弾性散乱中心を備える第1の光学素子と、
   出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子であって、前記第1の光学素子と接触し、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、前記光学的界面が前記第1の光学素子の前記第1の表面の反対側にあり、前記第2の光学素子が前記混合光の幾分かを前記光学的界面を通して受け取るように配置された第2の光学素子と
   を備える発光デバイスであって、
   前記第1の光学素子の前記第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、前記第1の光学素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含み、
   前記透明な材料は、屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂であり、
   前記出射面は、前記第1の光学素子によって生成され前記出射面に直接当たる前記混合光の前記出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、
   前記発光デバイスは前記出射面を通して混合光を出力する、発光デバイス。
2. 動作時に第1および第2の色度とは異なる第3のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第3の発光素子と、
   動作時に前記第1、第2、および第3の色度とは異なる第4のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第4の発光素子とをさらに備え、
   前記弾性散乱中心は、前記第3および第4の発光素子からの光をさらに等方的に散乱させ、
   前記混合光は、前記第3および第4の発光素子からの散乱光をさらに含む、請求項1に記載の発光デバイス。
3. 前記第1のスペクトルパワー分布によって定められる第1の色度は、前記第2のスペクトルパワー分布によって定められる第2の色度とは異なる、請求項1に記載の発光デバイス。
4. 前記第1の光学素子は、内部に発光素子からの光が放出されるエンクロージャを画定するシェルであり、前記シェルは、前記第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、前記エンクロージャを通過して前記第1の表面まで伝搬するように形作られる、請求項1に記載の発光デバイス。
5. 前記シェルは前記エンクロージャに対して凹状を有する、請求項4に記載の発光デバイス。
6. 前記シェルは楕円形を有する、請求項5に記載の発光デバイス。
7. 前記楕円形は扁長または扁平である、請求項6に記載の発光デバイス。
8. 前記楕円形は三軸である、請求項7に記載の発光デバイス。
9. 前記シェルは、前記発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有する、請求項4に記載の発光デバイス。
10. 前記1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに備え、前記1つまたは複数の反射体は前記エンクロージャに面しかつ前記エンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有する、請求項9に記載の発光デバイス。
11. 反射面を有する反射体をさらに備え、前記反射面と前記第1の表面は一緒に、内部に前記発光素子からのすべての光が放出されるエンクロージャを画定する、請求項1に記載の発光デバイス。
12. 前記反射面は平面状である、請求項11に記載の発光デバイス。
13. 前記反射面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項11に記載の発光デバイス。
14. 前記第1の表面は平面状である、請求項11に記載の発光デバイス。
15. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項11に記載の発光デバイス。
16. 前記反射面は鏡面反射部を備える、請求項11に記載の発光デバイス。
17. 前記反射面は拡散反射部を備える、請求項11に記載の発光デバイス。
18. 前記出射面は、各部分が縁部の所で別の部分に接合された複数の部分を備える、請求項1に記載の発光デバイス。
19. 前記反射面は4つの部分を備える、請求項18に記載の発光デバイス。
20. 前記出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当する、請求項19に記載の発光デバイス。
21. 前記反射面は、前記発光素子からの光を前記第1の表面の方へ向けるように構成される、請求項11に記載の発光デバイス。
22. 前記発光素子から光を受け取りかつ前記第1の表面に光を送るように前記発光素子と前記第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに備える、請求項1に記載の発光デバイス。
23. 前記第3の素子はギャップによって前記第1の表面から分離される、請求項22に記載の発光デバイス。
24. 前記混合光の前記部分の一部を前記出射面を通して出力される前に受け取るように配置され、前記混合光の前記部分の前記一部に基づくセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
    前記センサと通信し、前記センサ信号に応答して前記第1および第2の発光素子に供給される電力を制御するように構成された制御回路とをさらに備える、請求項1に記載の発光デバイス。
25. 前記センサ信号は、前記混合光の前記部分の前記一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成される、請求項24に記載の発光デバイス。
26. 制御回路は、前記発光デバイスが経年劣化するにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記各発光素子に供給される電力の量を制御する、請求項24に記載の発光デバイス。
27. 前記制御回路は、前記発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記各発光素子に供給される電力の量を制御する、請求項24に記載の発光デバイス。
28. 制御回路は、前記発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を制御するように前記発光素子に供給される電力の量を調整する、請求項24に記載の発光デバイス。
29. 前記第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを備え、前記第1の部分は、前記出射面を有し、かつ前記光学的界面から前記混合光の第1の部分を受け取るように配置され、前記光導波路は、前記光学的界面から前記混合光の第2の部分を受け取るように配置され、前記混合光の前記受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって前記混合光の前記受け取られた第2の部分を前記光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有する、請求項1に記載の発光デバイス。
30. 前記出射面は、少なくとも部分的に透明である第1の出射面および第2の出射面と、前記第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを備える、請求項1に記載の発光デバイス。
31. 前記第1の光学素子は実質的に均一の有効厚さを有する、請求項1に記載の発光デバイス。
32. n₁≒n₂である、請求項1に記載の発光デバイス。
33. n₀≒1である、請求項32に記載の発光デバイス。
34. 前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記混合光の前記出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる、請求項1に記載の発光デバイス。
35. 断面について、前記出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有し、前記第1および第2の光学素子は、前記光学的界面上の各点が前記出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置され、
    ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)であり、
    kは、k<n₂であるように正の実数である、請求項1に記載の発光デバイス。
36. k/n₂<0.8である、請求項35に記載の発光デバイス。
37. k<1である、請求項35に記載の発光デバイス。
38. が成立する、請求項37に記載の発光デバイス。
39. 前記光学的界面上の各点は、前記出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)である、請求項35に記載の発光デバイス。
40. 前記第1の光学素子の対称軸と前記第2の光学素子の対称軸は同一線上にある、請求項1に記載の発光デバイス。
41. 前記1つまたは複数の発光素子は、前記第1の光学素子の前記対称軸に対して対称に位置する、請求項40に記載の発光デバイス。
42. 前記第1および第2の光学素子は、軸に沿って延び、前記軸に沿って実質的に変化しない断面を有する、請求項1に記載の発光デバイス。
43. 前記出射面は球面または円筒面である、請求項1に記載の発光デバイス。
44. 前記媒質は気体である、請求項1に記載の発光デバイス。
45. 前記気体は空気である、請求項44に記載の発光デバイス。
46. 前記発光デバイスは発光ダイオードを備える、請求項1に記載の発光デバイス。
47. 前記第1の光学素子は、屈折率n₁を有する前記材料内に分散された前記弾性散乱中心を備える、請求項1に記載の発光デバイス。
48. 前記透明な材料はプラスチックまたはガラスである、請求項1に記載の発光デバイス。
49. 動作中に第1のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第1の発光素子、および、動作中に前記第1のスペクトルパワー分布とは異なる第2のスペクトルパワー分布を有する光を生成するように構成された第2の発光素子を含む複数の発光素子と、
    前記第1および第2の発光素子から間隔を置いて配置されかつ前記第1および第2の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、前記第1の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱される変換光に変換するように配置された非弾性散乱中心、ならびに前記第2の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱させ、前記第2の発光素子からの前記散乱させた光、および前記変換光を含む混合光を生成するように配置された弾性散乱中心を備え、前記混合光が混合スペクトルパワー分布を有する、第1の光学素子と、
    出射面を有する透明な材料から形成され、前記第1の光学素子と接触する第2の光学素子であって、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、前記光学的界面が前記第1の光学素子の前記第1の表面の反対側にあり、前記第2の光学素子が前記光学的界面を通して前記混合光の幾分かを受け取るように配置された、第2の光学素子と
    を備える発光デバイスであって、
    屈折率n₀を有する、前記第1の光学素子の前記第1の表面に隣接した媒質を含み、前記第1の光学素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含み、
    透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂であり、
    前記出射面は、前記出射面に直接当たる、前記第1の光学素子によって生成された前記混合光の前記出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、
    前記発光デバイスは、前記出射面を通して前記混合光の所定の部分を出力する、発光デバイス。
50. 前記第1の光学素子は、内部に発光素子からの光が放出されるエンクロージャを画定するシェルであり、前記シェルは、前記第1の表面からの光の少なくとも幾分かがそのまま前記エンクロージャを通過して前記第1の表面まで伝搬するように形作られる、請求項49に記載の発光デバイス。
51. 前記シェルは前記エンクロージャに対して凹形状になっている、請求項50に記載の発光デバイス。
52. 前記シェルは楕円形になっている、請求項51に記載の発光デバイス。
53. 前記楕円形は扁長または扁円である、請求項52に記載の発光デバイス。
54. 前記楕円形は三軸である、請求項53に記載の発光デバイス。
55. 前記シェルは前記発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有する、請求項50に記載の発光デバイス。
56. 前記1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに備え、前記1つまたは複数の反射体は前記エンクロージャに面しかつ前記エンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有する、請求項55に記載の発光デバイス。
57. 反射面を有する反射体をさらに備え、前記反射面と前記第1の表面とは一緒に、内部に前記発光素子からのすべての光が放出されるエンクロージャを画定する、請求項49に記載の発光デバイス。
58. 前記反射面は平面状である、請求項57に記載の発光デバイス。
59. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状である、請求項57に記載の発光デバイス。
60. 前記第1の表面は平面状である、請求項57に記載の発光デバイス。
61. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状である、請求項57に記載の発光デバイス。
62. 前記反射面は鏡面反射部を備える、請求項57に記載の発光デバイス。
63. 前記反射面は拡散反射部を備える、請求項57に記載の発光デバイス。
64. 前記出射面は、各部分が縁部の所で別の部分に接合された複数の部分を備える、請求項49に記載の発光デバイス。
65. 前記反射面は4つの部分を備える、請求項64に記載の発光デバイス。
66. 前記出射面は、直交する2つの半円筒の交差部の外接面に相当する、請求項65に記載の発光デバイス。
67. 前記反射面は、前記発光素子からの光を前記第1の表面の方へ向けるように構成される、請求項57に記載の発光デバイス。
68. 前記発光素子と前記第1の表面との間に位置し、前記発光素子から光を受け取って前記第1の表面に光を送る、透明な材料から形成された第3の素子をさらに備える、請求項49に記載の発光デバイス。
69. 前記第3の素子はギャップによって前記第1の表面から分離されている、請求項68に記載の発光デバイス。
70. 前記混合光の前記部分の一部を、前記出射面を通して出力される前に受け取るように配置されたセンサであって、前記混合光の前記部分の前記一部に基づくセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
    前記センサと通信する制御回路であって、前記センサ信号に応答して前記発光素子に供給される電力を制御するように構成された制御回路とをさらに備える、請求項49に記載の発光デバイス。
71. 前記センサ信号は、前記混合光の前記部分の前記一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成される、請求項70に記載の発光デバイス。
72. 前記制御回路は、前記発光デバイスが経年劣化するにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記各発光素子に供給される電力の量を制御する、請求項70に記載の発光デバイス。
73. 前記制御回路は、前記発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記発光素子に供給される電力の量を制御する、請求項70に記載の発光デバイス。
74. 制御回路は、前記発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を制御するように前記発光素子に供給される電力の量を調整する、請求項70に記載の発光デバイス。
75. 前記第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを備え、前記第1の部分は、前記出射面を有し、かつ前記光学的界面から前記混合光の第1の部分を受け取るように配置され、前記光導波路は、前記光学的界面から前記混合光の第2の部分を受け取るように配置され、かつ前記混合光の前記受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって前記混合光の前記受け取られた第2の部分を前記光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有する、請求項49に記載の発光デバイス。
76. 前記出射面は、少なくとも部分的に透明である第1の出射面および第2の出射面と、前記第1の出射面及び第2の出射面の間に配置された段とを備える、請求項49に記載の発光デバイス。
77. 前記第1の光学素子は実質的に均一の有効厚さを有する、請求項49に記載の発光デバイス。
78. n₁≒n₂である、請求項49に記載の発光デバイス。
79. n₀≒n₁である、請求項78に記載の発光デバイス。
80. 前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記混合光の前記出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる、請求項49に記載の発光デバイス。
81. 断面について、前記出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有し、前記第1および第2の光学素子は、前記光学的界面上の各点が前記出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置され、
    ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)であり、
    値kは、k<n₂であるように正の実数である、請求項49に記載の発光デバイス。
82. k/n₂<0.8である、請求項81に記載の発光デバイス。
83. k<1である、請求項81に記載の発光デバイス。
84. が成立する、請求項83に記載の発光デバイス。
85. 前記光学的界面上の各点は、前記出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)である、請求項81に記載の発光デバイス。
86. 前記第1の光学素子の対称軸と前記第2の光学素子の対称軸は同一線上にある、請求項49に記載の発光デバイス。
87. 1つまたは複数の発光素子は、前記第1の光学素子の前記対称軸に対して対称に位置する、請求項86に記載の発光デバイス。
88. 前記第1および第2の光学素子は、軸に沿って延び、前記軸に沿って実質的に変化しない断面を有する、請求項49に記載の発光デバイス。
89. 前記出射面は球面または円筒面である、請求項49に記載の発光デバイス。
90. 前記媒質は気体である、請求項49に記載の発光デバイス。
91. 前記気体は空気である、請求項90に記載の発光デバイス。
92. 前記発光素子は発光ダイオードを備える、請求項49に記載の発光デバイス。
93. 前記第1の発光素子によって放出される前記光は青色光または紫外線光を含む、請求項49に記載の発光デバイス。
94. 前記変換光は黄色光である、請求項49に記載の発光デバイス。
95. 前記非弾性散乱中心は光変換材料を含む、請求項49に記載の発光デバイス。
96. 前記光変換材料は蛍光体を含む、請求項95に記載の発光デバイス。
97. 前記光変換材料は量子ドット蛍光体を含む、請求項96に記載の発光デバイス。
98. 前記透明な材料はプラスチックまたはガラスである、請求項49に記載の発光デバイス。
99. 前記非弾性散乱中心は前記弾性散乱中心と同一である、請求項49に記載の発光デバイス。
100. 動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、
     前記1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置されかつ前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、前記1つまたは複数の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を備える第1の光学素子と、
     出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子であって、前記第1の光学素子と接触し、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、前記光学的界面が前記第1の光学素子の前記第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が前記散乱光の幾分かを前記光学的界面を通して受け取るように配置された、第2の光学素子とを備え、
     前記散乱光の前記部分の一部を前記出射面を通して出力される前に受け取るように配置され、前記散乱光の前記部分の前記一部に基づくセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
     前記センサと通信し、前記センサ信号に応答して前記1つまたは複数の発光素子に印加される電力を制御するように構成された制御回路と
     を備える発光デバイスであって、
     前記第1の光学素子の前記第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、前記第1の光学素子は、第1の屈折率n₁を有する材料を含み、ただしn₀<n₁であり、
     透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂であり、
     前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、
     発光デバイスは前記出射面を通して散乱光を出力する、発光デバイス。
101. 前記センサによって受け取られる前記散乱光の前記部分の前記一部は前記第2の光学素子の前記出射面の所で反射される光に相当する、請求項100に記載の発光デバイス。
102. 前記センサは、前記第2の光学素子の前記出射面の所で反射され前記センサによって受け取られる前記光が前記光学的界面の大部分から得られるように配置される、請求項101に記載の発光デバイス。
103. 前記第1の光学素子は、内部に前記1つまたは複数の発光素子からの光が放出されるエンクロージャを画定するシェルであり、前記シェルは、前記第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、前記エンクロージャを通過して前記第1の表面まで伝搬するように形作られる、請求項100に記載の発光デバイス。
104. 前記シェルは前記エンクロージャに対して凹状を有する、請求項103に記載の発光デバイス。
105. 前記シェルは楕円形を有する、請求項104に記載の発光デバイス。
106. 前記楕円形は扁長または扁平である、請求項105に記載の発光デバイス。
107. 前記楕円形は三軸である、請求項106に記載の発光デバイス。
108. 前記シェルは前記発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有する、請求項103に記載の発光デバイス。
109. 前記1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに備え、前記1つまたは複数の反射体は前記エンクロージャに面しかつ前記エンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有する、請求項108に記載の発光デバイス。
110. 反射面を有する反射体をさらに備え、前記反射面と前記第1の表面は一緒に、内部に前記1つまたは複数の発光素子からのすべての光が放出されるエンクロージャを画定する、請求項100に記載の発光デバイス。
111. 前記反射面は平面状である、請求項110に記載の発光デバイス。
112. 前記第1の反射面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項110に記載の発光デバイス。
113. 前記第1の表面は平面状である、請求項110に記載の発光デバイス。
114. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項110に記載の発光デバイス。
115. 前記反射面は鏡面反射部を備える、請求項110に記載の発光デバイス。
116. 前記反射面は拡散反射部を備える、請求項110に記載の発光デバイス。
117. 前記出射面は、各部分が縁部の所で別の部分に接合された複数の部分を備える、請求項100に記載の発光デバイス。
118. 前記出射面は4つの部分を備える、請求項117に記載の発光デバイス。
119. 前記出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当する、請求項118に記載の発光デバイス。
120. 前記反射面は、前記1つまたは複数の発光素子からの光を前記第1の表面の方へ向けるように構成される、請求項110に記載の発光デバイス。
121. 前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ前記第1の表面に光を送るように前記1つまたは複数の発光素子と前記第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに備える、請求項100に記載の発光デバイス。
122. 前記第3の素子はギャップによって前記第1の表面から分離される、請求項121に記載の発光デバイス。
123. 前記センサ信号は、前記散乱光の前記部分の前記一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成される、請求項100に記載の発光デバイス。
124. 制御回路は、前記発光デバイスが経年劣化するにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項123に記載の発光デバイス。
125. 制御回路は、前記発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項123に記載の発光デバイス。
126. 制御回路は、前記発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を制御するように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を調整する、請求項123に記載の発光デバイス。
127. 前記第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを備え、前記第1の部分は、前記出射面を有し、かつ前記光学的界面から前記散乱光の第1の部分を受け取るように配置され、前記光導波路は、前記光学的界面から前記散乱光の第2の部分を受け取るように配置され、前記散乱光の前記受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって前記散乱光の前記受け取られた第2の部分を前記光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有する、請求項100に記載の発光デバイス。
128. 前記出射面は、少なくとも部分的に透明である第1の出射面および第2の出射面と、前記第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを備える、請求項100に記載の発光デバイス。
129. 前記第1の光学素子は実質的に均一の有効厚さを有する、請求項100に記載の発光デバイス。
130. n₁≒n₂である、請求項100に記載の発光デバイス。
131. n₀≒n₁である、請求項130に記載の発光デバイス。
132. 前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる、請求項100に記載の発光デバイス。
133. 断面について、前記出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有し、前記第1および第2の光学素子は、前記光学的界面上の各点が前記出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置され、
     ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)であり、
     kは、k<n₂であるように正の実数である、請求項100に記載の発光デバイス。
134. k/n₂<0.8である、請求項133に記載の発光デバイス。
135. k<1である、請求項133に記載の発光デバイス。
136. が成立する、請求項135に記載の発光デバイス。
137. 前記光学的界面上の各点は、前記出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)である、請求項133に記載の発光デバイス。
138. 前記第1の光学素子の対称軸と前記第2の光学素子の対称軸は同一線上にある、請求項100に記載の発光デバイス。
139. 前記1つまたは複数の発光素子は、前記第1の光学素子の前記対称軸に対して対称に位置する、請求項138に記載の発光デバイス。
140. 前記第1および第2の光学素子は、軸に沿って延び、前記軸に沿って実質的に変化しない断面を有する、請求項100に記載の発光デバイス。
141. 前記出射面は球面または円筒面である、請求項100に記載の発光デバイス。
142. 前記媒質は気体である、請求項100に記載の発光デバイス。
143. 前記気体は空気である、請求項142に記載の発光デバイス。
144. 前記1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを備える、請求項100に記載の発光デバイス。
145. 前記1つまたは複数の発光素子によって放出される前記光は青色光または紫外線光を含む、請求項100に記載の発光デバイス。
146. 前記散乱中心は、前記1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含む、請求項100に記載の発光デバイス。
147. 前記変換光は黄色光である、請求項146に記載の発光デバイス。
148. 前記非弾性散乱中心は光変換材料を含む、請求項146に記載の発光デバイス。
149. 前記光変換材料は蛍光体を含む、請求項148に記載の発光デバイス。
150. 前記光変換材料は量子ドット蛍光体を含む、請求項149に記載の発光デバイス。
151. 前記透明な材料はプラスチックまたはガラスである、請求項100に記載の発光デバイス。
152. 複数の発光素子を備え、前記複数の発光素子はそれぞれに異なる色の光を放出する、請求項100に記載の発光デバイス。
153. 前記非弾性散乱中心は前記弾性散乱中心と同一である、請求項100に記載の発光デバイス。
154. 動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、
     前記1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置されかつ前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、前記1つまたは複数の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を備える第1の光学素子と、
     出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子であって、前記第1の光学素子と接触し、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、前記光学的界面が前記第1の光学素子の前記第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が前記散乱光の幾分かを前記光学的界面を通して受け取るように配置された、第2の光学素子と
     を備える発光デバイスであって、
     前記第1の光学素子の前記第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、前記第1の光学素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含み、
     前記透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂であり、
     前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、
     前記第2の光学素子の出射面の形状と前記光学的界面の非球状で非平面状の形状との組合せは、散乱光を前記出射面を通して出力するように構成され、前記組合せは前記出力光の強度分布を制御するように構成される、発光デバイス。
155. 前記強度分布は二次光学系の入力要件に整合するように形作られる、請求項154に記載の発光デバイス。
156. 前記組合せは前記強度分布のピーク強度の方向を調節するように構成される、請求項154に記載の発光デバイス。
157. 前記第1の光学素子は3つの異なる直交寸法を有する、請求項154に記載の発光デバイス。
158. 前記第1の光学素子は2つの等しい直交寸法を有する、請求項154に記載の発光デバイス。
159. 前記第1の光学素子は3つの等しい直交寸法を有する、請求項154に記載の発光デバイス。
160. 前記第1の光学素子は、内部に前記1つまたは複数の発光素子からの光が放出されるエンクロージャを画定するシェルであり、前記シェルは、前記第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、前記エンクロージャを通過して前記第1の表面まで伝搬するように形作られる、請求項154に記載の発光デバイス。
161. 前記シェルは前記エンクロージャに対して凹状を有する、請求項160に記載の発光デバイス。
162. 前記シェルは楕円形を有する、請求項161に記載の発光デバイス。
163. 前記楕円形は扁長または扁平である、請求項162に記載の発光デバイス。
164. 前記楕円形は三軸である、請求項163に記載の発光デバイス。
165. 前記シェルは前記1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有する、請求項160に記載の発光デバイス。
166. 前記1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに備え、前記1つまたは複数の反射体は前記エンクロージャに面しかつ前記エンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有する、請求項165に記載の発光デバイス。
167. 反射面を有する反射体をさらに備え、前記反射面と前記第1の表面は一緒に、内部に前記1つまたは複数の発光素子からのすべての光が放出されるエンクロージャを画定する、請求項154に記載の発光デバイス。
168. 前記反射面は平面状である、請求項167に記載の発光デバイス。
169. 前記反射面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項167に記載の発光デバイス。
170. 前記第1の表面は平面状である、請求項167に記載の発光デバイス。
171. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項167に記載の発光デバイス。
172. 前記反射面は鏡面反射部を備える、請求項167に記載の発光デバイス。
173. 前記反射面は拡散反射部を備える、請求項167に記載の発光デバイス。
174. 前記出射面は、各部分が縁部の所で別の部分に接合された複数の部分を備える、請求項154に記載の発光デバイス。
175. 前記反射面は4つの部分を備える、請求項174に記載の発光デバイス。
176. 前記出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当する、請求項175に記載の発光デバイス。
177. 前記反射面は、前記1つまたは複数の発光素子からの光を前記第1の表面の方へ向けるように構成される、請求項167に記載の発光デバイス。
178. 前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ前記第1の表面に光を送るように前記1つまたは複数の発光素子と前記第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに備える、請求項154に記載の発光デバイス。
179. 前記第3の素子はギャップによって前記第1の表面から分離される、請求項178に記載の発光デバイス。
180. 前記散乱光の前記部分の一部を前記出射面を通して出力される前に受け取るように配置され、前記散乱光の前記部分の前記一部に基づくセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
     前記センサと通信し、前記センサ信号に応答して前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成された制御回路とをさらに備える、請求項154に記載の発光デバイス。
181. 前記センサ信号は、前記散乱光の前記部分の前記一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成される、請求項180に記載の発光デバイス。
182. 前記制御回路は、前記発光デバイスが経年劣化するにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項180に記載の発光デバイス。
183. 前記制御回路は、前記発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項180に記載の発光デバイス。
184. 前記制御回路は、前記発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を制御するように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を調整する、請求項180に記載の発光デバイス。
185. 前記第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを備え、前記第1の部分は、前記出射面を有し、かつ前記光学的界面から前記散乱光の第1の部分を受け取るように配置され、前記光導波路は、前記光学的界面から前記散乱光の第2の部分を受け取るように配置され、前記散乱光の前記受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって前記散乱光の前記受け取られた第2の部分を前記光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有する、請求項154に記載の発光デバイス。
186. 前記出射面は、少なくとも部分的に透明である第1の出射面および第2の出射面と、前記第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを備える、請求項154に記載の発光デバイス。
187. 前記第1の光学素子は実質的に均一の有効厚さを有する、請求項154に記載の発光デバイス。
188. n₁≒n₂である、請求項154に記載の発光デバイス。
189. n₀≒n₁である、請求項188に記載の発光デバイス。
190. 前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる、請求項154に記載の発光デバイス。
191. 断面について、前記出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有し、前記第1および第2の光学素子は、前記光学的界面上の各点が前記出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置され、
     ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)であり、
     値kは、k<n₂であるように正の実数である、請求項154に記載の発光デバイス。
192. k/n₂<0.8である、請求項191に記載の発光デバイス。
193. k<1である、請求項191に記載の発光デバイス。
194. が成立する、請求項193に記載の発光デバイス。
195. 前記光学的界面上の各点は、前記出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)である、請求項191に記載の発光デバイス。
196. 前記第1の光学素子の対称軸と前記第2の光学素子の対称軸は同一線上にある、請求項154に記載の発光デバイス。
197. 前記1つまたは複数の発光素子は、前記第1の光学素子の前記対称軸に対して対称に位置する、請求項196に記載の発光デバイス。
198. 前記第1および第2の光学素子は、軸に沿って延び、前記軸に沿って実質的に変化しない断面を有する、請求項154に記載の発光デバイス。
199. 前記出射面は球面または円筒面である、請求項154に記載の発光デバイス。
200. 前記媒質は気体である、請求項154に記載の発光デバイス。
201. 前記気体は空気である、請求項200に記載の発光デバイス。
202. 前記1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを備える、請求項154に記載の発光デバイス。
203. 前記1つまたは複数の発光素子によって放出される前記光は青色光または紫外線光を含む、請求項154に記載の発光デバイス。
204. 前記散乱中心は、前記1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含む、請求項154に記載の発光デバイス。
205. 前記変換光は黄色光である、請求項204に記載の発光デバイス。
206. 前記非弾性散乱中心は光変換材料を含む、請求項204に記載の発光デバイス。
207. 前記光変換材料は蛍光体を含む、請求項206に記載の発光デバイス。
208. 前記光変換材料は量子ドット蛍光体を含む、請求項207に記載の発光デバイス。
209. 前記透明な材料はプラスチックまたはガラスである、請求項154に記載の発光デバイス。
210. 複数の発光素子を備え、前記複数の発光素子は異なる色の光を放出する、請求項154に記載の発光デバイス。
211. 前記非弾性散乱中心は前記弾性散乱中心と同一である、請求項154に記載の発光デバイス。
212. 動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、
     前記1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置されかつ前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、前記1つまたは複数の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を備える第1の光学素子と、
     出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子であって、前記第1の光学素子と接触し、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、前記光学的界面が前記第1の光学素子の前記第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が前記散乱光の幾分かを前記光学的界面を通して受け取るように配置された、第2の光学素子と
     を備える発光デバイスであって、
     前記第1の光学素子の前記第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、前記第1の光学素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含み、
     透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂であり、
     前記出射面は、各部分が縁部の所で別の部分に接合された複数の部分を備え、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、
     前記第2の光学素子の出射面の形状と前記光学的界面の形状との組合せは、散乱光を前記出射面を通して出力するように構成され、前記組合せは前記出力光の強度分布を制御するように構成される、発光デバイス。
213. 前記強度分布は二次光学系の入力要件に整合するように形作られる、請求項212に記載の発光デバイス。
214. 前記組合せは前記強度分布のピーク強度の方向を調節するように構成される、請求項212に記載の発光デバイス。
215. 前記第1の光学素子は3つの異なる直交寸法を有する、請求項212に記載の発光デバイス。
216. 前記第1の光学素子は2つの等しい直交寸法を有する、請求項212に記載の発光デバイス。
217. 前記第1の光学素子は3つの等しい直交寸法を有する、請求項212に記載の発光デバイス。
218. 前記第1の光学素子は、内部に前記1つまたは複数の発光素子からの光が放出されるエンクロージャを画定するシェルであり、前記シェルは、前記第1の表面からの少なくとも幾分かの光が直接、前記エンクロージャを通過して前記第1の表面まで伝搬するように形作られる、請求項212に記載の発光デバイス。
219. 前記シェルは前記エンクロージャに対して凹状を有する、請求項218に記載の発光デバイス。
220. 前記シェルは楕円形を有する、請求項219に記載の発光デバイス。
221. 前記楕円形は扁長または扁平である、請求項220に記載の発光デバイス。
222. 前記楕円形は三軸である、請求項221に記載の発光デバイス。
223. 前記シェルは前記1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有する、請求項218に記載の発光デバイス。
224. 前記1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに備え、前記1つまたは複数の反射体は前記エンクロージャに面しかつ前記エンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有する、請求項223に記載の発光デバイス。
225. 反射面を有する反射体をさらに備え、前記反射面と前記第1の表面は一緒に、内部に前記1つまたは複数の発光素子からのすべての光が放出されるエンクロージャを画定する、請求項212に記載の発光デバイス。
226. 前記反射面は平面状である、請求項225に記載の発光デバイス。
227. 前記反射面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項225に記載の発光デバイス。
228. 前記第1の表面は平面状である、請求項225に記載の発光デバイス。
229. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項225に記載の発光デバイス。
230. 前記反射面は鏡面反射部を備える、請求項225に記載の発光デバイス。
231. 前記反射面は拡散反射部を備える、請求項225に記載の発光デバイス。
232. 前記反射面は4つの部分を備える、請求項212に記載の発光デバイス。
233. 前記出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当する、請求項232に記載の発光デバイス。
234. 前記反射面は、前記1つまたは複数の発光素子からの光を前記第1の表面の方へ向けるように構成される、請求項225に記載の発光デバイス。
235. 前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ前記第1の表面に光を送るように前記1つまたは複数の発光素子と前記第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに備える、請求項212に記載の発光デバイス。
236. 前記第3の素子はギャップによって前記第1の表面から分離される、請求項235に記載の発光デバイス。
237. 前記散乱光の前記部分の一部を前記出射面を通して出力される前に受け取るように配置され、前記散乱光の前記部分の前記一部に基づくセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
     前記センサと通信し、前記センサ信号に応答して前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成された制御回路とをさらに備える、請求項212に記載の発光デバイス。
238. 前記センサ信号は、前記散乱光の前記部分の前記一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成される、請求項237に記載の発光デバイス。
239. 前記制御回路は、前記発光デバイスが経年劣化するにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項237に記載の発光デバイス。
240. 前記制御回路は、前記発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項237に記載の発光デバイス。
241. 前記制御回路は、前記発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を制御するように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を調整する、請求項237に記載の発光デバイス。
242. 前記第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを備え、前記第1の部分は、前記出射面を有し、かつ前記光学的界面から前記散乱光の第1の部分を受け取るように配置され、前記光導波路は、前記光学的界面から前記散乱光の第2の部分を受け取るように配置され、前記散乱光の前記受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって前記散乱光の前記受け取られた第2の部分を前記光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有する、請求項212に記載の発光デバイス。
243. 前記出射面は、少なくとも部分的に透明である第1の出射面および第2の出射面と、前記第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを備える、請求項212に記載の発光デバイス。
244. 前記第1の光学素子は実質的に均一の有効厚さを有する、請求項212に記載の発光デバイス。
245. n₁≒n₂である、請求項212に記載の発光デバイス。
246. n₀≒n₁である、請求項245に記載の発光デバイス。
247. 前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる、請求項212に記載の発光デバイス。
248. 断面について、前記出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有し、前記第1および第2の光学素子は、前記光学的界面上の各点が前記出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置され、
     ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)である。
     値kは、k<n₂であるように正の実数である、請求項212に記載の発光デバイス。
249. k/n₂<0.8である、請求項248に記載の発光デバイス。
250. k<1である、請求項248に記載の発光デバイス。
251. が成立する、請求項250に記載の発光デバイス。
252. 前記光学的界面上の各点は、前記出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)である、請求項248に記載の発光デバイス。
253. 前記第1の光学素子の対称軸と前記第2の光学素子の対称軸は同一線上にある、請求項212に記載の発光デバイス。
254. 前記1つまたは複数の発光素子は、前記第1の光学素子の前記対称軸に対して対称に位置する、請求項253に記載の発光デバイス。
255. 前記第1および第2の光学素子は、軸に沿って延び、前記軸に沿って実質的に変化しない断面を有する、請求項212に記載の発光デバイス。
256. 前記出射面は球面または円筒面である、請求項212に記載の発光デバイス。
257. 前記媒質は気体である、請求項212に記載の発光デバイス。
258. 前記気体は空気である、請求項257に記載の発光デバイス。
259. 前記1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを備える、請求項212に記載の発光デバイス。
260. 前記1つまたは複数の発光素子によって放出される前記光は青色光または紫外線光を含む、請求項212に記載の発光デバイス。
261. 前記散乱中心は、前記1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含む、請求項212に記載の発光デバイス。
262. 前記変換光は黄色光である、請求項261に記載の発光デバイス。
263. 前記非弾性散乱中心は光変換材料を含む、請求項261に記載の発光デバイス。
264. 前記光変換材料は蛍光体を含む、請求項263に記載の発光デバイス。
265. 前記光変換材料は量子ドット蛍光体を含む、請求項264に記載の発光デバイス。
266. 前記透明な材料はプラスチックまたはガラスである、請求項212に記載の発光デバイス。
267. 複数の発光素子を備え、前記複数の発光素子は異なる色の光を放出する、請求項212に記載の発光デバイス。
268. 前記非弾性散乱中心は前記弾性散乱中心と同一である、請求項212に記載の発光デバイス。
269. 動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、
     前記1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置されかつ前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、前記1つまたは複数の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を備える第1の光学素子と、
     出射面を有する透明な材料から形成された第2の光学素子であって、前記第1の光学素子と接触し、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、前記光学的界面が前記第1の光学素子の前記第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が前記散乱光の幾分かを前記光学的界面を通して受け取るように配置された、第2の光学素子と
     を備える発光デバイスであって、
     前記第1の光学素子の前記第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、前記第1の光学素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含み、
     前記透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂であり、
     前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上での入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、
     前記発光デバイスは前記散乱光の一部を前記出射面を通して出力する、発光デバイス。
270. 前記強度分布は二次光学系の入力要件に整合するように形作られる、請求項269に記載の発光デバイス。
271. 前記組合せは前記強度分布のピーク強度の方向を調節するように構成される、請求項269に記載の発光デバイス。
272. 前記第1の光学素子は3つの異なる直交寸法を有する、請求項269に記載の発光デバイス。
273. 前記第1の光学素子は2つの等しい直交寸法を有する、請求項269に記載の発光デバイス。
274. 前記第1の光学素子は3つの等しい直交寸法を有する、請求項269に記載の発光デバイス。
275. 前記第1の光学素子は、内部に前記1つまたは複数の発光素子からの光が放出されるエンクロージャを画定するシェルであり、前記シェルは、前記第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、前記エンクロージャを通過して前記第1の表面まで伝搬するように形作られる、請求項269に記載の発光デバイス。
276. 前記シェルは前記エンクロージャに対して凹状を有する、請求項275に記載の発光デバイス。
277. 前記シェルは楕円形を有する、請求項276に記載の発光デバイス。
278. 前記楕円形は扁長または扁平である、請求項277に記載の発光デバイス。
279. 前記楕円形は三軸である、請求項278に記載の発光デバイス。
280. 前記シェルは前記1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有する、請求項275に記載の発光デバイス。
281. 前記1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに備え、前記1つまたは複数の反射体は前記エンクロージャに面しかつ前記エンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有する、請求項280に記載の発光デバイス。
282. 反射面を有する反射体をさらに備え、前記反射面と前記第1の表面は一緒に、内部に前記1つまたは複数の発光素子からのすべての光が放出されるエンクロージャを画定する、請求項269に記載の発光デバイス。
283. 前記反射面は平面状である、請求項282に記載の発光デバイス。
284. 前記反射面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項282に記載の発光デバイス。
285. 前記第1の表面は平面状である、請求項282に記載の発光デバイス。
286. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項282に記載の発光デバイス。
287. 前記反射面は鏡面反射部を備える、請求項282に記載の発光デバイス。
288. 前記反射面は拡散反射部を備える、請求項282に記載の発光デバイス。
289. 前記出射面は、各部分が縁部の所で別の部分に接合された複数の部分を備える、請求項269に記載の発光デバイス。
290. 前記反射面は4つの部分を備える、請求項289に記載の発光デバイス。
291. 前記出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当する、請求項290に記載の発光デバイス。
292. 前記反射面は、前記1つまたは複数の発光素子からの光を前記第1の表面の方へ向けるように構成される、請求項282に記載の発光デバイス。
293. 前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ前記第1の表面に光を送るように前記1つまたは複数の発光素子と前記第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに備える、請求項269に記載の発光デバイス。
294. 前記第3の素子はギャップによって前記第1の表面から分離される、請求項293に記載の発光デバイス。
295. 前記散乱光の前記部分の一部を前記出射面を通して出力される前に受け取るように配置され、前記散乱光の前記部分の前記一部に基づくセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
     前記センサと通信し、前記センサ信号に応答して前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成された制御回路とをさらに備える、請求項269に記載の発光デバイス。
296. 前記センサ信号は、前記散乱光の前記部分の前記一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成される、請求項295に記載の発光デバイス。
297. 前記制御回路は、前記発光デバイスが経年劣化するにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項295に記載の発光デバイス。
298. 前記制御回路は、前記発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項295に記載の発光デバイス。
299. 前記制御回路は、前記発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を制御するように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を調整する、請求項295に記載の発光デバイス。
300. 前記第2の光学素子は第1の部分と光導波路とを備え、前記第1の部分は、前記出射面を有し、かつ前記光学的界面から前記散乱光の第1の部分を受け取るように配置され、前記光導波路は、前記光学的界面から前記散乱光の第2の部分を受け取るように配置され、前記散乱光の前記受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射させることによって前記散乱光の前記受け取られた第2の部分を前記光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有する、請求項269に記載の発光デバイス。
301. 前記出射面は、少なくとも部分的に透明である第1の出射面および第2の出射面と、前記第1の出射面と第2の出射面との間に配置された段とを備える、請求項269に記載の発光デバイス。
302. 前記第1の光学素子は実質的に均一の有効厚さを有する、請求項269に記載の発光デバイス。
303. n₁≒n₂である、請求項269に記載の発光デバイス。
304. n₀≒1である、請求項303に記載の発光デバイス。
305. 前記第1の光学素子の対称軸と前記第2の光学素子の対称軸は同一線上にある、請求項269に記載の発光デバイス。
306. 前記1つまたは複数の発光素子は、前記第1の光学素子の前記対称軸に対して対称に位置する、請求項305に記載の発光デバイス。
307. 前記第1および第2の光学素子は、軸に沿って延び、前記軸に沿って実質的に変化しない断面を有する、請求項269に記載の発光デバイス。
308. 前記出射面は球面または円筒面である、請求項269に記載の発光デバイス。
309. 前記媒質は気体である、請求項269に記載の発光デバイス。
310. 前記気体は空気である、請求項309に記載の発光デバイス。
311. 前記1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを備える、請求項269に記載の発光デバイス。
312. 前記1つまたは複数の発光素子によって放出される前記光は青色光または紫外線光を含む、請求項269に記載の発光デバイス。
313. 前記散乱中心は、前記1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含む、請求項269に記載の発光デバイス。
314. 前記変換光は黄色光である、請求項313に記載の発光デバイス。
315. 前記非弾性散乱中心は光変換材料を含む、請求項313に記載の発光デバイス。
316. 前記光変換材料は蛍光体を含む、請求項315に記載の発光デバイス。
317. 前記光変換材料は量子ドット蛍光体を含む、請求項316に記載の発光デバイス。
318. 前記透明な材料はプラスチックまたはガラスである、請求項269に記載の発光デバイス。
319. 複数の発光素子を備え、前記複数の発光素子は異なる色の光を放出する、請求項269に記載の発光デバイス。
320. 前記非弾性散乱中心は前記弾性散乱中心と同一である、請求項269に記載の発光デバイス。
321. 動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、
     前記1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置されかつ前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、前記1つまたは複数の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を備える第1の光学素子と、
     透明な材料から形成され前記第1の光学素子と接触する第2の光学素子であって、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、前記光学的界面が前記第1の光学素子の前記第1の表面の反対側にあり、第2の光学素子が第1の光学機器および光導波路を備える、第2の光学素子と
     を備える発光デバイスであって、
     前記第1の光学機器は、出射面を有し、かつ前記光学的界面からの前記散乱光の第1の部分を受け取るように配置され、前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上での入射角が全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られた透明な表面であり、
     前記光導波路は、前記光学的界面からの前記散乱光の第2の部分を受け取るように配置され、前記散乱光の前記受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射することによって前記散乱光の前記受け取られた第2の部分を前記光学的界面から離れる方向に案内するように構成された案内面を有し、
     発光デバイスは、前記第1の光学素子の前記第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、前記第1の光学素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含み、
     前記透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂である、発光デバイス。
322. 前記案内面上に配設され、前記散乱光の前記受け取られた第2の部分の少なくとも幾分かを反射するように構成された反射性コーティングをさらに備える、請求項321に記載の発光デバイス。
323. 光導波路は、前記受け取られた第2の光の少なくとも幾分かを全内部反射によって反射するように構成される、請求項321に記載の発光デバイス。
324. 前記光導波路は、所定量の光を前記案内面を通して前記1つまたは複数の発光素子から所定の距離において放出するように構成される、請求項321に記載の発光デバイス。
325. 前記案内面は、前記所定量の光を抽出するように構成された表面テクスチャを有する、請求項324の記載の発光デバイス。
326. 前記光導波路は、前記所定量の光が前記案内面を通して前記1つまたは複数の発光素子から前記所定の距離において放出されるように光を散乱させるように構成された中心を備える、請求項324に記載の発光デバイス。
327. 前記光導波路は、前記散乱光の前記受け取られた少なくとも幾分かの第2の部分の少なくとも一部を出力するように構成された遠位面を有する、請求項321に記載の発光デバイス。
328. 前記第1の光学素子は、内部に前記1つまたは複数の発光素子からの光が放出されるエンクロージャを画定するシェルであり、前記シェルは、前記第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、前記エンクロージャを通過して前記第1の表面まで伝搬するように形作られる、請求項321に記載の発光デバイス。
329. 前記シェルは前記エンクロージャに対して凹状を有する、請求項328に記載の発光デバイス。
330. 前記シェルは楕円形を有する、請求項329に記載の発光デバイス。
331. 前記楕円形は扁長または扁平である、請求項330に記載の発光デバイス。
332. 前記楕円形は三軸である、請求項331に記載の発光デバイス。
333. 前記シェルは前記1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有する、請求項328に記載の発光デバイス。
334. 前記1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに備え、前記1つまたは複数の反射体は前記エンクロージャに面しかつ前記エンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有する、請求項333に記載の発光デバイス。
335. 反射面を有する反射体をさらに備え、前記反射面と前記第1の表面は一緒に、内部に前記1つまたは複数の発光素子からのすべての光が放出されるエンクロージャを画定する、請求項321に記載の発光デバイス。
336. 前記反射面は平面状である、請求項335に記載の発光デバイス。
337. 前記反射面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項335に記載の発光デバイス。
338. 前記第1の表面は平面状である、請求項335に記載の発光デバイス。
339. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項335に記載の発光デバイス。
340. 前記反射面は鏡面反射部を備える、請求項335に記載の発光デバイス。
341. 前記反射面は拡散反射部を備える、請求項335に記載の発光デバイス。
342. 前記出射面は、各部分が縁部の所で別の部分に接合された複数の部分を備える、請求項321に記載の発光デバイス。
343. 前記反射面は4つの部分を備える、請求項342に記載の発光デバイス。
344. 前記出射面は、2つの直交する半円筒が交差する外接面に相当する、請求項343に記載の発光デバイス。
345. 前記反射面は、前記1つまたは複数の発光素子からの光を前記第1の表面の方へ向けるように構成される、請求項335に記載の発光デバイス。
346. 前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ前記第1の表面に光を送るように前記1つまたは複数の発光素子と前記第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに備える、請求項321に記載の発光デバイス。
347. 前記第3の素子はギャップによって前記第1の表面から分離される、請求項346に記載の発光デバイス。
348. 前記散乱光の前記部分の一部を前記発光デバイスから出力される前に受け取るように配置され、前記散乱光の前記部分の前記一部に基づくセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
     前記センサと通信し、前記センサ信号に応答して前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成された制御回路とをさらに備える、請求項321に記載の発光デバイス。
349. 前記センサ信号は、前記散乱光の前記部分の前記一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成される、請求項348に記載の発光デバイス。
350. 前記制御回路は、前記発光デバイスが経年劣化するにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項348に記載の発光デバイス。
351. 前記制御回路は、前記発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項348に記載の発光デバイス。
352. 前記制御回路は、前記発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を制御するように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を調整する、請求項348に記載の発光デバイス。
353. 前記第1の光学素子は実質的に均一の有効厚さを有する、請求項321に記載の発光デバイス。
354. n₁≒n₂である、請求項321に記載の発光デバイス。
355. n₀≒1である、請求項354に記載の発光デバイス。
356. 前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる、請求項321に記載の発光デバイス。
357. 断面について、前記出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有し、前記第1および第2の光学素子は、前記光学的界面上の各点が前記出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置され、
     ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)であり、
     値kは、k<n₂であるように正の実数である、請求項321に記載の発光デバイス。
358. k/n₂<0.8である、請求項357に記載の発光デバイス。
359. k<1である、請求項357に記載の発光デバイス。
360. が成立する、請求項359に記載の発光デバイス。
361. 前記光学的界面上の各点は、前記出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)である、請求項357に記載の発光デバイス。
362. 前記第1の光学素子の対称軸と前記第2の光学素子の対称軸は同一線上にある、請求項321に記載の発光デバイス。
363. 前記1つまたは複数の発光素子は、前記第1の光学素子の前記対称軸に対して対称に位置する、請求項362に記載の発光デバイス。
364. 前記第1および第2の光学素子は、軸に沿って延び、前記軸に沿って実質的に変化しない断面を有する、請求項321に記載の発光デバイス。
365. 前記出射面は球面または円筒面である、請求項321に記載の発光デバイス。
366. 前記媒質は気体である、請求項321に記載の発光デバイス。
367. 前記気体は空気である、請求項366に記載の発光デバイス。
368. 前記1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを備える、請求項321に記載の発光デバイス。
369. 前記1つまたは複数の発光素子によって放出される前記光は青色光または紫外線光を含む、請求項321に記載の発光デバイス。
370. 前記散乱中心は、前記1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含む、請求項321に記載の発光デバイス。
371. 前記変換光は黄色光である、請求項370に記載の発光デバイス。
372. 前記非弾性散乱中心は光変換材料を含む、請求項370に記載の発光デバイス。
373. 前記光変換材料は蛍光体を含む、請求項372に記載の発光デバイス。
374. 前記光変換材料は量子ドット蛍光体を含む、請求項373に記載の発光デバイス。
375. 前記透明な材料はプラスチックまたはガラスである、請求項321に記載の発光デバイス。
376. 複数の発光素子を備え、前記複数の発光素子は異なる色の光を放出する、請求項321に記載の発光デバイス。
377. 前記非弾性散乱中心は前記弾性散乱中心と同一である、請求項321に記載の発光デバイス。
378. 動作時に光を放出するように構成された1つまたは複数の発光素子と、
     前記1つまたは複数の発光素子から間隔を置いて配置されかつ前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取るように位置する第1の表面を有する第1の光学素子であって、前記1つまたは複数の発光素子からの前記光を実質的に等方的に散乱させ散乱光を生成するように配置された散乱中心を備える第1の光学素子と、
     透明な材料から形成された第2の光学素子であって、前記第1の光学素子と接触し、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間の接触場所に光学的界面があり、第2の光学素子が、前記散乱光の幾分かを前記光学的界面を通して受け取るように配置され、第1の出射面および第2の出射面を備え、前記第1および第2の出射面が、少なくとも部分的に透明であり、前記出射面に直接当たる前記散乱光の少なくとも幾分かの前記第1および第2の出射面での入射角が、全内部反射の臨界角よりも小さくなるように形作られ、第2の光学素子が前記第1の出射面と前記第2の出射面との間に段をさらに備える、第2の光学素子と
     を備える発光デバイスであって、
     前記第1の光学素子の前記第1の表面に隣接し屈折率n₀を有する媒質を含み、前記第1の光学素子は、第1の屈折率n₁を有し、ただしn₀<n₁である材料を含み、
     前記透明な材料は屈折率n₂を有し、ただしn₀<n₂であり、
     前記発光デバイスは前記第1および第2の出射面を通して光を出力する、発光デバイス。
379. 前記第1の出射面は前記1つまたは複数の発光素子の少なくとも1つの光軸と交差し、前記段は、前記第1の出射面が第2の出射面に対してくぼむように配置される、請求項378に記載の発光デバイス。
380. 前記第1の出射面は前記1つまたは複数の発光素子の少なくとも1つの光軸と交差し、前記段は、前記第2の出射面が前記第1の出射面に対してくぼむように配置される、請求項378に記載の発光デバイス。
381. 前記段は反射面を備える、請求項378に記載の発光デバイス。
382. 前記段は透明な表面を備える、請求項378に記載の発光デバイス。
383. 前記第1および第2の出射面の少なくとも一方は半透明である、請求項378に記載の発光デバイス。
384. 前記第1の光学素子は、内部に前記1つまたは複数の発光素子からの光が放出されるエンクロージャを画定するシェルであり、前記シェルは、前記第1の表面からの少なくとも幾分かの光がそのまま、前記エンクロージャを通過して前記第1の表面まで伝搬するように形作られる、請求項378に記載の発光デバイス。
385. 前記シェルは前記エンクロージャに対して凹状を有する、請求項384に記載の発光デバイス。
386. 前記シェルは楕円形を有する、請求項385に記載の発光デバイス。
387. 前記楕円形は扁長または扁平である、請求項386に記載の発光デバイス。
388. 前記楕円形は三軸である、請求項387に記載の発光デバイス。
389. 前記シェルは前記1つまたは複数の発光素子を受け入れるように構成された1つまたは複数の開口部を有する、請求項384に記載の発光デバイス。
390. 前記1つまたは複数の開口部内に配置された1つまたは複数の反射体をさらに備え、前記1つまたは複数の反射体は前記エンクロージャに面しかつ前記エンクロージャを囲むように構成された1つまたは複数の反射面を有する、請求項389に記載の発光デバイス。
391. 反射面を有する反射体をさらに備え、前記反射面と前記第1の表面は一緒に、内部に前記1つまたは複数の発光素子からのすべての光が放出されるエンクロージャを画定する、請求項378に記載の発光デバイス。
392. 前記反射面は平面状である、請求項391に記載の発光デバイス。
393. 前記反射面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項391に記載の発光デバイス。
394. 前記第1の表面は平面状である、請求項391に記載の発光デバイス。
395. 前記第1の表面は前記エンクロージャに対して凸状を有する、請求項391に記載の発光デバイス。
396. 前記反射面は鏡面反射部を備える、請求項391に記載の発光デバイス。
397. 前記反射面は拡散反射部を備える、請求項391に記載の発光デバイス。
398. 前記反射面は、前記1つまたは複数の発光素子からの光を前記第1の表面の方へ向けるように構成される、請求項391に記載の発光デバイス。
399. 前記1つまたは複数の発光素子から光を受け取りかつ前記第1の表面に光を送るように前記1つまたは複数の発光素子と前記第1の表面との間に位置する透明な材料から形成された第3の素子をさらに備える、請求項378に記載の発光デバイス。
400. 前記第3の素子はギャップによって前記第1の表面から分離される、請求項399に記載の発光デバイス。
401. 前記散乱光の前記部分の一部を前記発光デバイスから出力される前に受け取るように配置され、前記散乱光の前記部分の前記一部に基づくセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
     前記センサと通信し、前記センサ信号に応答して前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御するように構成された制御回路とをさらに備える、請求項378に記載の発光デバイス。
402. 前記センサ信号は、前記散乱光の前記部分の前記一部の強度分布およびスペクトル密度分布のうちの1つまたは複数の推定値を示すように構成される、請求項401に記載の発光デバイス。
403. 前記制御回路は、前記発光デバイスが経年劣化するにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項401に記載の発光デバイス。
404. 前記制御回路は、前記発光デバイスが動作温度を変化させるにつれて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を低減させるように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を制御する、請求項401に記載の発光デバイス。
405. 前記制御回路は、前記発光デバイスの動作時にユーザによって供給される入力信号に基づいて前記発光デバイスによって放出される前記光の変化を制御するように前記1つまたは複数の発光素子に供給される電力を調整する、請求項401に記載の発光デバイス。
406. 前記第1の光学素子は実質的に均一の有効厚さを有する、請求項378に記載の発光デバイス。
407. n₁≒n₂である、請求項378に記載の発光デバイス。
408. n₀≒1である、請求項407に記載の発光デバイス。
409. 前記出射面は、前記出射面に直接当たる前記散乱光の前記出射面上の入射角がブリュースター角よりも小さくなるように形作られる、請求項378に記載の発光デバイス。
410. 断面について、前記出射面上の各点pは対応する曲率半径R(p)を有し、前記第1および第2の光学素子は、前記光学的界面上の各点が前記出射面から少なくとも対応する距離d(p)に位置するように配置され、
     ただし、d(p)=R(p)*(1-k/n₂)であり、
     値kは、k<n₂であるように正の実数である、請求項378に記載の発光デバイス。
411. k/n₂<0.8である、請求項410に記載の発光デバイス。
412. k<1である、請求項410に記載の発光デバイス。
413. が成立する、請求項412に記載の発光デバイス。
414. 前記光学的界面上の各点は、前記出射面上の対応する最も近い点からの距離d(p)である、請求項410に記載の発光デバイス。
415. 前記第1の光学素子の対称軸と前記第2の光学素子の対称軸は同一線上にある、請求項378に記載の発光デバイス。
416. 前記1つまたは複数の発光素子は、前記第1の光学素子の前記対称軸に対して対称に位置する、請求項415に記載の発光デバイス。
417. 前記第1および第2の光学素子は、軸に沿って延び、前記軸に沿って実質的に変化しない断面を有する、請求項378に記載の発光デバイス。
418. 前記出射面は球面または円筒面である、請求項378に記載の発光デバイス。
419. 前記媒質は気体である、請求項378に記載の発光デバイス。
420. 前記気体は空気である、請求項419に記載の発光デバイス。
421. 前記1つまたは複数の発光素子は発光ダイオードを備える、請求項378に記載の発光デバイス。
422. 前記1つまたは複数の発光素子によって放出される前記光は青色光または紫外線光を含む、請求項378に記載の発光デバイス。
423. 前記散乱中心は、前記1つまたは複数の発光素子から受け取られた少なくとも幾分かの光をより長い波長を有する変換光に変換するように構成された非弾性散乱中心を含む、請求項378に記載の発光デバイス。
424. 前記変換光は黄色光である、請求項423に記載の発光デバイス。
425. 前記非弾性散乱中心は光変換材料を含む、請求項423に記載の発光デバイス。
426. 前記光変換材料は蛍光体を含む、請求項425に記載の発光デバイス。
427. 前記光変換材料は量子ドット蛍光体を含む、請求項426に記載の発光デバイス。
428. 前記透明な材料はプラスチックまたはガラスである、請求項378に記載の発光デバイス。
429. 複数の発光素子を備え、前記複数の発光素子は異なる色の光を放出する、請求項378に記載の発光デバイス。
430. 前記非弾性散乱中心は前記弾性散乱中心と同一である、請求項378に記載の発光デバイス。