JP2016539466A - 発光デバイス - Google Patents

Abstract

動作中、第１のスペクトル分布の第１の光１３を発する複数の第１の固体光源２１，２２，２３，２４，２５，２１１と、互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入射面３１及び第１の端面３２、並びに第１の光入射面３１と平行に延在する少なくとも１つの第１の他の面３３，３４，３５，３６を含む第１の導光体３とを含む発光デバイス１が提供される。複数の第１の固体光源２１，２２，２３，２４，２５，２１１は、第１の光入射面に配置される。第１の導光体３は、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３を第１の光入射面３１において受け取り、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３の少なくとも一部を第１の端面３２に誘導する。発光デバイスは、さらに、少なくとも１つの第１の他の面３３，３４，３５，３６の少なくとも一部を介して第１の導光体３から出射される光を成形して第１の成形された光８１を供給するための少なくとも１つの第１の光学素子９１、及び、第１の端面３２の付近に又は上に配置された少なくとも１つの第２の光学素子９２を含む。

Description

本発明は、複数の光源及び導光体を有する発光デバイスに関する。本発明は、さらに、かかる発光デバイスを含むランプ、照明器具、又は照明システムに関する。

スポットライト、ステージライト、自動車照明、及びデジタル光投射を含む様々なアプリケーションにとって、高強度光源、特に白色高強度光源は関心の対象である。かかる目的のために、及び高強度点とともに所望の光形状、配光、及び配色を得るために、透明度が高い発光材料内で短い波長の光を長い波長の光に変換するいわゆる集光器を利用することができる。かかる透明な発光材料内でより長い波長を発生させるために、発光材料はＬＥＤによって照射される。変換された光は発光材料内を誘導されて表面から取り出され、高輝度点をもたらす。

文献ＷＯ２０１２／０５６３８２Ａ１は、一実施形態において、導波路、光源、及び複数の光取り出し構造（light outcoupling structure）を含む発光デバイスを開示する。導波路は、導波路の上に又は中に配置された発光材料を有し、よって、光源からの光を発光材料の発光に変換するよう構成され得る。

しかしながら、様々な照明アプリケーション、例えば自動車照明において、複雑な光形状、配光、及び配色が必要とされる。例えば、道路を照らす場合、特定の形状及び特定の強度分布を有する光ビームが必要である。さらに、ヘッドライト等、快適さ及び安全性のため、より複雑な角度光色分布が必要なアプリケーションが存在する。例えば、自動車照明の場合、直進方向では、良好な視界のために白色光が好ましく、左（又は右）方向では、対向車のドライバーの目をくらまさないよう、より黄色がかった光が好ましく、右（又は左）方向では、道路標示を見やすくするよう、より青色がかった光が好ましいことが考えられる。これを既知の発光デバイス、特にＬＥＤを使用して、単純なやり方で達成することは非常に難しい。

本発明の一課題は、この問題を克服し、比較的複雑な配光を要求するアプリケーションにおいて使用される発光デバイスであっても、単純かつコスト効率の良い方法で所望の光形状、配光、及び配色を有する光ビームを得ることを可能にする発光デバイスを提供することである。

本発明の第１の側面によれば、上記及び他の目的は、動作中、第１のスペクトル分布の第１の光を発する複数の第１の固体光源と、互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入射面及び第１の端面、並びに第１の光入射面と平行に延在する少なくとも１つの第１の他の面を含む第１の導光体であって、複数の第１の固体光源は、第１の光入射面に配置される、第１の導光体とを含む発光デバイスであって、第１の導光体は、第１のスペクトル分布を有する第１の光を第１の光入射面において受け取り、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を第１の端面に誘導し、発光デバイスは、さらに、少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部を介して第１の導光体から出射される光を成形して第１の成形された光を供給するための少なくとも１つの第１の光学素子、及び、第１の端面の付近に又は上に配置された少なくとも１つの第２の光学素子を含む、発光デバイスによって達成される。

複数の固体光源によって発せられた光を受け取るよう構成された導光体を提供することにより、特に多量の光が導光体内に留まり、１つの面から取り出され得る導光体が提供され、結果として、特に高い強度上昇がもたらされる。

互いに対してゼロではない角度で延在し、一部の実施形態では互いに対して垂直に延在する光入射面及び端面を有する導光体を発光デバイスに設けることにより、光入射面の面積及び光出口面の面積を選択して、より多くの光が導光体に引き込まれ、最適な多量の光が全内部反射（ＴＩＲ）によって端面に誘導される発光デバイスが得られる。

少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部を介して第１の導光体から出射される光を成形し、第１の成形された光を供給するための少なくとも１つの第１の光学素子を提供することにより、第１の他の面から出射される光を集め、所望の光形状、配光、及び配色を有する光ビームを得るために使用することができる。

第１の端面の付近に又は上に配置された少なくとも１つの第２の光学素子を提供することにより、第１の端面に誘導され到達した光が、少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部を介して第１の導光体から出射される光とは別に、第２の光学素子によって光学処理され得る発光デバイスが提供される。

一実施形態では、複数の固体光源は、第１の光入射面、及び第１の光入射面と対向する第１の他の面の両方に配置され、第１の導光体は、第１の光入射面、及び第１の光入射面と対向する第１の他の面において第１のスペクトル分布の第１の光を受け取る。

一実施形態では、第１の導光体は、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を、第１の端面から出射し、少なくとも１つの第２の光学素子は、第１の端面を介して第１の導光体から出射される光を成形して第２の成形された光を供給する。これにより、少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部から出射される光の成形に加えて、これとは別に、光出口面から出射される光も成形される発光デバイスが提供される。２つの光ビーム、すなわち、第１の成形された光及び第２の成形された光は、合わせて、発光デバイスの共通の光出力ビームを形成する。これにより、比較的複雑な性質のものであっても、所望の光形状、配光、及び配色を有する光出力を有する発光デバイスが単純且つコスト効率的に得られる。

一実施形態では、少なくとも１つの第２の光学素子は、さらに、第１の光学素子によって成形された第１の成形された光の少なくとも一部を成形する。これにより、第１の成形された光がさらに成形され得る発光デバイスが提供される。このようにすることで、所望の形状及び配光を有する光出力を達成するために使用可能な新たなパラメータが単純かつコスト効率的な態様で得られ、よって、実現可能な光出力の複雑性に寄与する。

一実施形態では、少なくとも１つの第１の光学素子は、第１の成形された光の少なくとも一部を、第３のスペクトル分布を有する光に変換し、第２の光学素子は、第２の成形された光の少なくとも一部を、第３のスペクトル分布とは異なる第４のスペクトル分布を有する光に変換する。これにより、第１の導光体から出射された光に一層複雑な配色を与えることができる発光デバイスが提供される。

一実施形態では、発光デバイスは、さらに、第１の光学素子によって成形された第１の成形された光の少なくとも一部、及び／又は第２の光学素子によって成形された第２の成形された光の少なくとも一部を成形するよう配置及び構成された少なくとも１つの第３の光学素子を含む。これにより、第１の成形された光及び／又は第２の成形された光の一部又は全てがさらに成形される発光デバイスが提供される。したがって、所望の形状及び配光を有する光ビームを達成するために使用可能な新たなパラメータが非常に単純な方法で得られ、よって、取得可能な光出力の複雑性に寄与する。

少なくとも１つの第１の光学素子は、反射器、放物面反射器、全内部反射を有する光学素子、複合集光器、複合放物面集光器、レンズ、レンズアレイ、屈折素子、及び回折素子を含むグループから選択され得る。同様に、少なくとも１つの第２及び第３の光学素子も、全く同じ光学素子のグループから選択され得る。

一実施形態では、少なくとも１つの第２の光学素子は反射器であり、第１の導光体は、第１のスペクトル分布を有する第１の光の少なくとも一部を、少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部から出射する。よって、反射器により、第１の導光体の第１の端面から光は出射されず、第１の端面に誘導され到達した第１の導光体内の光は、第１の導光体内に跳ね返され、第１の導光体内の光の少なくとも一部は、少なくとも１つの他の面の一部から出射される。その後、この出射光は第１の光学手段によって成形され、第１の成形された光が供給される。少なくとも１つの他の面の一部のみから光を出射することによって、第１及び第２の光学素子を使用して高輝度の第１の成形された光が得ることができる。

一実施形態では、光取り出し手段は、第１の導光体の少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部の上に設けられる。他の実施形態では、光取り出し手段は、第１の導光体の一部又はある領域の中に設けられる。このようにすることで、少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部からの発光が、第１の導光体の上又は中の所定の位置において効率的に達成される。例えば、少なくとも１つの第１の端面の少なくとも一部の上に粗面、散乱層、回折層、又は蛍光体層が設けられてもよく、又は、光が出射される少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部に隣接する第１の導光体の部分の中に蛍光体材料が提供されてもよい。

一実施形態では、第１の光入射面及び第１の光出口面は、互いに対して垂直に延在する。一実施形態では、第１の導光体は透明である。他の実施形態では、透明導光体は、例えばＬＥＤ等の複数の固体光源がその上にエピタキシャル成長させられる透明基板を含み得る。一部の実施形態では、基板は、例えばサファイア基板等の単結晶基板である。これらの実施形態では、光源の透明成長基板は集光導光体である。

一実施形態では、発光デバイスは、さらに、少なくとも１つの第１の光学素子の付近に、中に、又は上に配置されたルミネッセンス素子を含む。これにより、少なくとも１つの第１の他の面を介して第１の導光体から出射される光の少なくとも一部が、第２の波長変換を受け、発光デバイスの光出力が一層複雑な配色を有し得る発光デバイスが提供される。

一実施形態では、発光デバイスは、動作中、第５のスペクトル分布を有する第３の光を発する複数の第２の固体光源と、互いに対してゼロではない角度で延在する第２の光入射面及び第２の端面、並びに少なくとも１つの第２の他の面を含む第２の導光体であって、複数の第２の固体光源は、第２の光入射面に配置される、第２の導光体とをさらに含み、第２の導光体は、第５のスペクトル分布を有する第３の光を第２の光入射面において受け取り、第５のスペクトル分布を有する第３の光の少なくとも一部を第２の端面に誘導し、第５のスペクトル分布を有する第３の光の少なくとも一部を第２の端面から出射し、発光デバイスは、さらに、少なくとも１つの第２の他の面の少なくとも一部を介して第２の導光体から出射された光を成形して第３の成形された光を供給する少なくとも１つの第４の光学素子と、少なくとも１つの第２の端面の付近に又は上に配置された少なくとも１つの第５の光学素子とを含む。

一実施形態では、少なくとも１つの第５の光学素子は、少なくとも１つの第２の端面を介して第２の導光体から出射される第５のスペクトル分布を有する第３の光を成形し、第４の成形された光を供給する。

一実施形態では、少なくとも１つの第１の光学素子は、反射素子の第１の部分であり、少なくとも１つの第４の光学素子は、反射素子の第２の部分であり、反射素子の第１の部分及び第２の部分は、分離要素によって分離される。

一実施形態では、少なくとも１つの第４の光学素子は、第７のスペクトル分布を有する第３の成形された光の少なくとも一部を供給し、少なくとも１つの第５の光学素子は、第７のスペクトル分布とは異なる第８のスペクトル分布の第４の成形された光の少なくとも一部を供給する。

一実施形態では、発光デバイスは、さらに、第４の光学素子によって成形された第３の成形された光の少なくとも一部及び／又は第５の光学素子によって成形された第４の成形された光の少なくとも一部を成形するよう配置及び構成された少なくとも１つの第６の光学素子を含む。

少なくとも１つの第４、５、及び６の光学素子は、反射器、放物面反射器、全内部反射を有する光学素子、複合集光器、複合放物面集光器、レンズ、レンズアレイ、屈折素子、及び回折素子を含むグループから選択され得る。

一実施形態では、第２の光入射面及び第２の光出口面は、互いに対して垂直に延在する。

特に、第２の導光体を含む実施形態に係る発光デバイスの全光出力は、少なくとも４つの異なる光成分、すなわち、その後成形されようとされなかろうと、少なくとも第１、２、及び３の成形された光、並びに第２の導光体の第２の端面から出力される光を含むため、第２の導光体を含む実施形態は、上記と同様な利点に加えて、単純かつコスト効率的な態様で、一層高い強度又は輝度の光を発し、非常に複雑な所望の形状、配光、及び配色を有する光ビームを供給可能な発光デバイスを提供する。

さらに、これらの実施形態は、発光デバイス、並びに／又は発光デバイスによって発せられる光ビームの色、サイズ、及び形状の異なる幾何学的構成を得るために使用可能なさらなるパラメータを提供する。

さらに、本発明は、デジタル投影、自動車照明、ステージライト、店舗用照明、家庭用照明、アクセント照明、スポットライト、劇場照明、光ファイバ照明、表示システム、警告灯システム、医療用照明アプリケーション、装飾照明アプリケーションのうちの１つ又は複数において使用される、上記請求項のいずれか一項に係る発光デバイスを含むランプ、照明器具、又は照明システムに関する。

本発明は、特許請求の範囲に記載される特徴のあらゆる可能な組み合わせに関連することに留意されたい。

以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明の上記及び他の側面をより詳細に説明する。

図１は、本発明に係る発光デバイスの第１の実施形態の斜視図を示す。 図２は、図１に係る発光デバイスの側面図を示す。 図３−図５は、異なる光学素子を備える本発明に係る発光デバイスの３つの異なる実施形態の側面図を示す。 図６は、本発明に係る発光デバイスの第５の実施形態の側面図を示す。 図７は、本発明に係る発光デバイスの第６の実施形態の側面図を示す。 図８は、本発明に係る発光デバイスの第７の実施形態の斜視図を示す。 図９は、図８に係る発光デバイスの側面図を示す。 図１０は、本発明に係る発光デバイスの一実施形態の概略断面図を示す。 図１１は、自動車ヘッドライトにおける本発明に係る発光デバイスの適用例を図示する。

図中、層、要素、及び領域のサイズは説明の目的上強調されており、本発明の実施形態の一般的な構造を説明するために提供されている。同様な参照番号は一貫して同様な要素を指し、例えば、本発明に係る発光デバイスは一般的に１によって表される一方、その具体的な異なる実施形態は、一般的な参照番号に０１、０２、０３．．．を加えて表される。

以下、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明は多様な形態で具現化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されると解されるべきではない。これらの実施形態は徹底さ及び完全さのために提供され、本発明の範囲を十分に当業者に伝える。

まず、本発明に係る発光デバイスの様々な要素及び特徴の用途、適切な光源及び適切な材料についての一般論を記す。このために、様々な特徴及び要素が、以下に詳述される本発明に係る発光デバイスの実施形態のいずれかに付与され得る。

本発明に係る発光デバイスは、限定はされないが、ランプ、照明モジュール、照明器具、スポットライト、フラッシュライト、プロジェクター、デジタル投影機、自動車のヘッドライト又はテールランプ等の自動車照明、アリーナ照明、劇場照明、及び建築照明を含む用途に使用することができる。

後述される本発明に係る実施形態を構成する光源は、動作中、第１のスペクトル分布の光を発するよう構成される。この光はその後、導光体又は導波路内に結合される。導光体又は導波路は第１のスペクトル分布の光を別のスペクトル分布に変換し、光を出口面に誘導し得る。原則的に、光源は任意の種類の点光源であり得るが、一実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード、若しくは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、複数のＬＥＤ、レーザーダイオード、若しくはＯＬＥＤ、又はＬＥＤ、レーザーダイオード、若しくはＯＬＥＤのアレイ、又はこれらの任意の組み合わせ等の固体光源である。原則的に、ＬＥＤは任意の色のＬＥＤ又はこれらの組み合わせであり得るが、一実施形態では、３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長範囲と規定される青色域の光源光を生成する青色光源である。他の実施形態では、光源はＵＶ又は紫色光源、すなわち、４２０ｎｍ未満の波長範囲の光を発する光源である。ＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤが複数又はアレイの場合、原則的に、ＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤは、限定はされないが、ＵＶ、青色、緑色、黄色、又は赤色等、２つ以上の異なる色のＬＥＤ、レーザーダイオード、又はＯＬＥＤであり得る。

光源は赤色光源、すなわち、例えば６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲の光を発する光源であり得る。このような赤色光源は、例えば、直接赤色光を発し又は光源光を赤色光に変換するのに適した蛍光体を有する上記のいずれかのタイプの光源であり得る。この実施形態は、光源光を赤外（ＩＲ）光、すなわち、約８００ｎｍより高い波長を有する光であって、適切な実施形態では８１０〜８５０ｎｍの範囲内のピーク強度を有する光に変換するよう構成された導光体と組み合わせられると、好適である。一実施形態では、かかる導光体はＩＲ発光蛍光体を含む。これらの特性を備える発光デバイスは、暗視システムでの使用に特に有利であるが、任意の上記用途に使用され得る。

他の例は、４８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲内の光を発し、当該光をルミネッセンスロッド又は導光体に入射させる第１の赤色光源と、青色、ＵＶ、又は紫色光、すなわち４８０ｎｍ未満の波長の光を発し、同様に出射光をルミネッセンス導光体又はロッドに入射させる第２の光源との組み合わせである。第２の光源の光は、ルミネッセンス導光体又はロッドによって４８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲に変換され、ルミネッセンス導光体又はロッドに入射した第１の光源の光は変換されない。言い換えれば、第２の光源はＵＶ、紫色、又は青色光を発し、後にルミネッセンス集光器によって緑色−黄色−橙色−赤色スペクトル領域内の光に変換される。他の実施形態では、第１の光源は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内の光を発し、第２の光源の光は、ルミネッセンス導光体又はロッドによって５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲に変換される。他の実施形態では、第１の光源は、６００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲内の光を発し、第２の光源の光は、ルミネッセンス導光体又はロッドによって６００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲に変換される。一実施形態では、第１の光源の光は、第２の光源の光がルミネッセンス導光体又はロッドに入射する面とは異なる面、例えば、光出口面と対向する面を介してルミネッセンス導光体又はロッドに入射する。これらの実施形態は、上昇された輝度で赤色光範囲内の光を発するルミネッセンス導光体又はロッドを提供する。

後述される本発明に係る実施形態の導光体は、一般的に、互いに直交する方向に延びる高さＨ、幅Ｗ、及び長さＬを有する棒状又はバー状の導光体であり、一部の実施形態では、透明、又は透明且つ発光性である。一般的に、光は、長さＬ方向に誘導される。高さＨは、１０＜ｍｍ、＜５ｍｍ、＜２ｍｍであり得る。幅Ｗは、＜１０ｍｍ、＜５ｍｍ、＜２ｍｍであり得る。長さＬは、幅Ｗ及び高さＨより大きく、少なくとも幅Ｗの２倍又は高さＨの２倍であり、少なくとも幅Ｗの３倍又は高さＨの３倍であり得る。高さＨ：幅Ｗの縦横比は、典型的には１：１（例えば、一般的な光源用途の場合）、又は１：２、１：３、若しくは１：４（例えば、ヘッドライト等の特殊な光源用途の場合）、又は４：３、１６：１０、１６：９、若しくは２５６：１３５（例えば、ディスプレイ用途の場合）である。一般的に、導光体は、平行な面内に配置されない光入力面及び光出口面を有し、一部の実施形態では、光入力面は光出口面に対して垂直である。集約された高輝度の光出力を達成するために、光出口面の面積は、光入力面の面積より小さくてもよい。光出口面は任意の形状を有し得るが、一実施形態では、正方形、長方形、円形、楕円形、三角形、五角形、又は六角形である。

一部の実施形態では、透明導光体は、その上にＬＥＤ等の複数の光源がエピタキシャル成長させられる透明基板を含み得る。一部の実施形態では、基板は、例えばサファイア基板等の単結晶基板である。これらの実施形態では、光源の透明成長基板は集光導光体である。

一般的に棒状又はバー状の導光体は、任意の断面形状を有し得るが、一部の実施形態では、正方形、長方形、円形、楕円形、三角形、五角形、又は六角形の断面を有する。導光体は一般的に直方体であるが、光入力面がいくらか台形の形状を有する、直方体以外の形状を有してもよい。このようにすることで、光束を更に大きくすることができ、これは、用途によっては有益であり得る。

また、導光体は、円柱状のロッドであってもよい。一部の実施形態では、光源が発した光を効率的に導光体に取り込むために、円柱状のロッドは、光源が配置され得る１つの平面をロッドの長さ方向沿いに有する。また、平面は、ヒートシンクを配置するために使用されてもよい。更に、円柱状の導光体は、例えば互いに反対側に又は垂直に配置された、２つの平面を有してもよい。一部の実施形態では、平面は、円柱状のロッドの長さ方向の一部にわたって延在する。

本発明の実施形態に係る後述される導光体に適した材料は、ｎ＝１．７の屈折率を有するサファイア、多結晶アルミナ、及び／又はＹＡＧ、ＬｕＡＧ等のアンドープ透明ガーネットである。この材料の（例えば、ガラスに対する）追加の利点は、良好な熱伝導性を有し、局所的な加熱を低減することである。他の適切な材料は、限定はされないが、ガラス、石英、及び透明なポリマーを含む。他の実施形態では、導光体材料は鉛ガラスである。鉛ガラスは、通常のカリガラスのカルシウム分を鉛が置換するガラスの一種であり、これにより、屈折率を高くすることができる。通常のガラスの屈折率はｎ＝１．５であるが、鉛を添加することで、１．７までの屈折率が得られる。

本発明の実施形態に係る後述される導光体は、光を別のスペクトル分布に変換するための適切な発光材料を含み得る。適切な発光材料は、ドープＹＡＧ、ＬｕＡＧ等の無機蛍光体、有機蛍光体、有機蛍光色素、及び、後述される本発明の実施形態の目的に非常に適した量子ドットを含む。

量子ドットは、一般的にわずか数ナノメートルの幅又は直径を有する半導体材料の小さな結晶である。入射光によって励起されると、量子ドットは結晶のサイズ及び材料によって決定される色の光を発する。したがって、ドットのサイズを調整することにより、特定の色を作り出すことができる。可視域で発光する既知の量子ドットのほとんどは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）等のシェルを有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）をベースとする。リン化インジウム（ＩｎＰ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ_２）、及び／又は硫化銀インジウム（ＡｇＩｎＳ_２）等、カドミウムを含まない量子ドットを使用することも可能である。量子ドットは非常に狭い発光帯を呈し、よって飽和色を呈する。更に、量子ドットのサイズを調整することによって、発光色を容易に調節することができる。当該分野で知られる任意の種類の量子ドットが、後述される本発明の実施形態において使用され得る。しかし、環境に関する安全及び懸念の理由から、カドミウムを含まない量子ドット、又は、少なくともカドミウム含有量が非常に少ない量子ドットを使用することが好ましい可能性がある。

有機蛍光色素を使用することもできる。スペクトルピーク位置が適合し得るよう、分子構造が設計することができる。適切な有機蛍光色素材料の例は、ペリレン誘導体をベースとする有機発光材料、例えば、ＢＡＳＦによってＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）という品名で販売されている化合物である。適切な化合物の例は、限定はされないが、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｒｅｄ Ｆ３０５、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｏｒａｎｇｅ Ｆ２４０、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｙｅｌｌｏｗ Ｆ０８３、及びＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｆ１７０を含む。

発光材料は無機蛍光体であってもよい。無機蛍光物質の例は、限定はされないが、セリウム（Ｃｅ）ドープＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）又はＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を含む。ＣｅドープＹＡＧは黄色がかった光を発し、一方、ＣｅドープＬｕＡＧは黄緑色がかった光を発する。赤色光を発する他の無機蛍光物質の例は、限定はされないが、ＥＣＡＳ及びＢＳＳＮを含み、ここで、ＥＣＡＳはＣａ_１−ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ_ｘであり（０＜ｘ≦１、又は０＜ｘ≦０．２）、ＢＳＳＮはＢａ_{２−ｘ−ｚ}Ｍ_ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＮ_８−ｙＯ_ｙ：Ｅｕ_ｚである（Ｍ＝Ｓｒ又はＣａ、０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦４、且つ０．０００５≦ｚ≦０．０５、又は０≦ｘ≦０．２）。

後述される本発明の一部の実施形態では、発光材料は、（Ｍ＜Ｉ＞_{（１−ｘ−ｙ）}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）_３（Ｍ＜ＩＶ＞_{（１−ｚ）}Ｍ＜Ｖ＞_ｚ）_５Ｏ_１２（Ｍ＜Ｉ＞はＹ、Ｌｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＧｄ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＴｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌであり、Ｍ＜Ｖ＞はＧａ、Ｓｃ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦０．１、０＜ｚ＜１）、（Ｍ＜Ｉ＞_{（１−ｘ−ｙ）}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）_２Ｏ_３（Ｍ＜Ｉ＞はＹ、Ｌｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＧｄ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＴｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｂｉ、Ｓｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦０．１）、（Ｍ＜Ｉ＞_{（１−ｘ−ｙ）}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）Ｓ_{（１−ｚ）}Ｓｅ（Ｍ＜Ｉ＞はＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｓｂ、Ｓｎ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０＜ｘ≦０．０１、０＜ｙ≦０．０５、０≦ｚ＜１）、（Ｍ＜Ｉ＞_{（１−ｘ−ｙ）}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）Ｏ（Ｍ＜Ｉ＞はＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０＜ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、（Ｍ＜Ｉ＞_{（２−ｘ）}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_２）Ｏ_７（Ｍ＜Ｉ＞はＬａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｂａ、Ｓｒ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＥｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０＜ｘ≦１）、（Ｍ＜Ｉ＞_{（１−ｘ）}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_{（１−ｙ）}Ｍ＜ＩＶ＞_ｙ）Ｏ_３（Ｍ＜Ｉ＞はＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＥｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＨｆ；Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ、又はこれらの混合を含むグループから選択され、０＜ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、又はこれらの混合を含むグループから選択される材料からなる。

他の適切な発光材料は、Ｃｅドープイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、及びルテニウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）である。発光導光体は、青色域、緑色域、又は赤色域内の中心発光波長を有し得る。青色域は３８０〜４９５ｎｍと定められ、緑色域は４９５〜５９０ｎｍと定められ、赤色域は５９０〜８００ｎｍと定められる。

実施形態において使用され得る蛍光体の選択肢を、最大発光波長と共に下表１に示す。

本発明の実施形態に係る、後述される導光体は、光を別のスペクトル分布に変換するための適切な発光材料の濃度が異なる領域を含み得る。一実施形態では、透明な導光体は、一方だけが発光材料を有し、他方は透明であり又は発光材料の濃度が比較的低い、互いに隣接する２つの部分を含む。他の実施形態では、導光体は、第２の部分に隣接し、異なる発光材料又は異なる濃度の同じ発光材料を有する、更に別の第３の部分を含む。異なる部分は、一体的に形成され、一片の又は１つの導光体を形成してもよい。一実施形態では、導光体の異なる部分の間、例えば第１の部分と第２の部分との間に、部分的に反射性の要素が配置されてもよい。部分的に反射性の要素は、１つの特定の波長又はスペクトル分布の光を通過させ、異なる別の特定の波長又はスペクトル分布の光を反射するよう構成される。したがって、部分的に反射性の要素は、ダイクロイックミラー等のダイクロイック要素であってもよい。

他の実施形態（図示無し）では、透明な導光体の光入力面において、ＬＥＤ等の複数の光源の上方又は真上に、発光材料を含む複数の波長変換領域が配置される。したがって、光源からの光が発光材料の領域を介して透明な導光体内に結合されるよう、複数の波長変換領域のそれぞれの表面積は、複数の光源のそれぞれの表面積に対応する。変換された光は、その後、導光体の透明部分内に結合され、導光体の光出口面に誘導される。波長変換領域は、光入力面上に配置されてもよく、又は導光体内に形成されてもよい。波長変換領域は、導光体の光入力面の上に又は中に配置された均質層の一部を形成し得る。２つの隣り合う波長変換領域間に延在する均質層の部分は透明であってもよく、また、追加で又は代替的に、波長変換領域と同じ屈折率を有してもよい。異なる波長変換領域は、互いに異なる発光材料を含み得る。光源と発光領域との間の距離は、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満、又は０．５ｍｍ未満であり得る。

後述される本発明に係る発光デバイスの実施形態において、光源が発した光を導光体内に効率的に結合するために、結合構造又は結合媒体が提供されてもよい。結合構造は、例えば、波状の構造を形成する凹凸等の特徴を有する屈折構造であり得る。結合構造の特徴の典型的なサイズは、５μｍ〜５００μｍである。特徴の形状は、例えば、半球状（レンズ）、角柱状、正弦波状、又はランダム（例えば、サンドブラスト）であり得る。適切な形状を選択することによって、導光体内に結合される光の量を調整することができる。屈折構造は、チゼル加工（chiseling）、サンドブラスト等の機械的手段によって作成され得る。あるいは、屈折構造は、例えばポリマー又はゾル−ゲル材料等の適切な材料を用いた複製によって作成され得る。代わりに、結合構造は回折構造であってもよく、回折結合構造の特徴の典型的なサイズは、０．２μｍ〜２μｍである。導光体の内側の回折角θ_ｉｎは、回折格子の式λ／Λ＝ｎ_ｉｎ・ｓｉｎθ_ｉｎ−ｎ_ｏｕｔ・ｓｉｎθ_ｏｕｔによって与えられ、ここで、λはＬＥＤ光の波長であり、Λは格子周期であり、ｎ_ｉｎ及びｎ_ｏｕｔは導光体の内外の屈折率であり、θ_ｉｎ及びθ_ｏｕｔは導光体の内側の回折角及び外側の入射角である。低い屈折率の層及び結合媒体について、同じ屈折率ｎ_ｏｕｔ＝１を仮定すると、全内部反射の条件ｎ_ｉｎｓｉｎθ_ｉｎ＝ｎ_ｏｕｔにより、λ／Λ＝１−ｓｉｎθ_ｏｕｔという条件が求められ、すなわち、垂直入射θ_ｏｕｔ＝０の場合はΛ＝λである。一般的に、全ての他の角度θ_ｏｕｔが導光体内に回折されるわけではない。これは、屈折率ｎ_ｉｎが十分に高い場合にのみ起こる。回折格子の式から、条件ｎ_ｉｎ≧２に対して、Λ＝λの場合、全ての角度が回折される。導光体内に屈折される光をより少なくする、他の周期及び屈折率も使用可能である。更に、一般的に、多くの光が透過される（０次）。回折される光の量は、格子構造の形状及び高さに依存する。適切なパラメータを選択することにより、導光体内に結合される光の量を調整することができる。このような回折構造は、例えば、電子ビームリソグラフィ又はホログラフィによって作成された構造を複製することによって最も容易に作成される。複製は、ソフト・ナノ・インプリント・リソグラフィ等の方法によって行うことができる。結合媒体は、例えば、空気又は任意の他の適切な材料であり得る。

図１は、本発明の第１の一般的な実施形態に係る発光デバイス１の斜視図を示す。図２は、発光デバイス１の側面図を示す。発光デバイス１は、一般的に、複数の第１の光源２１、２２、２３、２４、２５、第１の導光体３、及び少なくとも１つの第１の光学素子９１を含む。

本明細書に記載される光源は、ＬＥＤ等の固体光源であり、適切な種類のＬＥＤが上記されている。一部の実施形態では、第１の光源２１、２２、２３、２４、２５は全て同じスペクトル分布を有する光を発するが、他の実施形態では、２つ以上の異なるスペクトル分布を有する光を発し得る。一部の実施形態では、光源は、青色波長領域内の光を発するが、紫色又は紫外線領域内の光も発し得る。

第１の光源２１、２２、２３、２４、２５は、一部の実施形態では銅、鉄、又はアルミニウム等の金属からなるヒートシンクの形態のベース又は基板上に配置され得る。ヒートシンクは、向上された熱放散のためにフィンを有し得る。他の実施形態では、ベース又は基板はヒートシンクでなくともよいことに留意されたい。ヒートシンクを提供することにより、光源によって生成された熱を導光体から効率的に放散することができる。さらに、これは、発光デバイスの取得可能な最大光出力強度を上昇させ、導光体内の過剰な熱に起因する発光デバイスの光学性能への悪影響を低減し又は排除さえする。しかし、ヒートシンクは不可欠な要素でなく、よって他の実施形態では省かれ得る。

本実施形態において見られるように、第１の光源は、５つの第１の光源の列として配置されている。原則的に、例えば１０、２０、又は３０個の第１の光源等、任意の他の数の第１の光源が存在し得ることに留意されたい。

第１の導光体３は、概して、第１の光出口面３２が第１の導光体３の第１の端面になるよう、互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入射面３１及び第１の光出口面３２を有する正方形のプレートとして成形されている。第１の導光体３は、さらに、第１の他の面３３、３４、３５、３６を有し、面３６は、第１の光出口面３２に対して反対側かつ平行に延在する。一部の実施形態では、第１の光出口面３２に対して反対側かつ平行な面は、反射器又は反射層を有し得る。第１の導光体３は、バー状若しくは棒状に、又は長方形のプレート等として成形されてもよい。第１の光源２１、２２、２３、２４、２５は、第１の導光体３の第１の光入射面３１と隣接して配置され、第１の光入射面３１と光接触する。一実施形態では、同様に、複数の固体光源が、第１の光出口面３２に対して反対側かつ平行に延在する第１の他の面３６と隣接しかつ光接触するよう配置され、当該第１の他の面３６は、光入射面としての役割も果たす。

第１の光出口面３２及び他の面３６が対向する側面であり、第１の光入射面３１が端面である本発明に係る発光デバイスの他の構成も可能である。

第１の光出口面３２及び第１の光入射面３１が対向する互いに平行な面である本発明に係る発光デバイスの他の構成も可能である。

また、第１の導光体３は、透明材料、発光材料、ガーネット、集光材料、又はこれらの組み合わせを含み、適切な材料及びガーネットが上記されている。第１の導光体３は、光を実質的に第１の端面に向けて長さ方向に、主に第１の他の面に対して平行な方向に誘導する。

一実施形態では、第１の導光体３は、光を出口面に誘導するための導光体であり、あるスペクトル分布の光を異なるスペクトル分布の光に変換することができる。したがって、一実施形態では、第１の導光体３は透明な導光体であり、あるスペクトル分布の光を他のスペクトル分布の光に変換する材料を含む。あるスペクトル分布の光を他のスペクトル分布の光に変換するこの材料は、第１の導光体３の表面に配置されてもよいが、一実施形態では、第１の導光体３内に埋め込まれる。

他の実施形態では、第１の導光体３は、固体光源が発した光を光出口面に誘導する透明な導光体であり、第１の導光体３は、光を他のスペクトル分布の光に変換しない。例えば、透明導光体は、固体光源がエピタキシャル成長させられる透明基板を含み得る。一部の実施形態では、基板はサファイア基板等の単結晶基板である。したがって、これらの実施形態では、光源の透明成長基板は、集光透明導光体である。

発光デバイス１は、さらに、さもなければ（第１の光学素子が存在しない場合）失われる、第１の他の面３３、３４、３５、３６を介して第１の導光体３から出射される光を成形するための第１の光学素子９１を含む。この例では、第１の光学素子９１は、少なくとも１つの第１の他の面に隣接して、の付近に、又はの上に配置される。言い換えれば、この例では、第１の導光体３は第１の光学素子９１内に配置される。必須ではないが、第１の導光体３は、第１の光学素子９１の中央に配置されてもよい。図１に示される実施形態では、さもなければ失われる光のほとんどが、第１の導光体３の第１の他の面のうちの２つ、すなわち第１の他の面３３及び３４のみを介して出射されることに留意されたい。よって、本実施形態及び類似の実施形態では、第１の光学素子９１は、必ずしも第１の導光体３の全ての第１の他の面から出射される光を成形する必要はない。

非限定的な例として、第１の光学素子９１は反射器、放物面反射器、全内部反射を有する光学素子、複合集光器、複合放物面集光器、レンズ、レンズアレイ、屈折素子、回折素子、及びかかる要素の任意の組み合わせであり得る。

他の実施形態では、第１の光学素子は、複合光学素子として設けられ、かつ／又は、第１の光学素子は、第１の他の面の全てではなく一部に隣接して、の付近に、又はの上にのみ設けられ得る。かかる実施形態では、さらに、第１の光学素子は異なる種類の光学素子を含む複合光学素子であり、例えば、第１の他の面のそれぞれ又は一部が、異なる種類の光学素子を有してもよい。他の実施形態では、第１の光学素子は、２つ以上の、例えば、２、３、又は４つの光学チャンバを有してもよく、例えば、第１の導光体の第１の他の面のそれぞれに、第１の光学素子の１つの個別の光学チャンバが割り当てられてもよい。

しかし、図示の実施形態では、第１の光学素子９１は、端面９１１、２つの放物面側面９１２、９１３、及び放物面側面９１２、９１３の間に延在する２つの平面側面を有する反射器である。適切な代替物は、回転対称性の放物面反射器である。

第１の光出口面３２に対して反対側かつ平行に延在する第１の導光体３の第１の他の面３６は、一実施形態では、第１の光学素子９１の端面９１１に隣接して配置される。本実施形態では、第１の光学素子９１の端面９１１は、当該第１の他の面３６を介して脱出する光を第１の導光体３に跳ね返す反射器として機能する。放物面側面９１２、９１３は、第１の他の面３３、３４、３５を介して第１の導光体３から出射された光を成形して第１の成形された光８１を形成し、発光デバイス１から第１の成形された光８１を、第１の光出口面３２から出射する光の方向に実質的に対応する方向に出射させる。

本実施形態では、発光デバイス１は、さらに、第１の光出口面３２を介して第１の導光体３から出射される光を成形する第２の光学素子９２を含む。非限定的な例として、第２の光学素子９２は、反射器、放物面反射器、全内部反射を有する光学素子、複合集光器、複合放物面集光器、レンズ、レンズアレイ、屈折素子、回折素子、及びかかる要素の任意の組み合わせであり得る。必須ではないが、第２の光学素子９２は第１の光学素子９１と同じ種類の光学素子であってもよい。

図１及び図２に示される実施形態では、第２の光学素子９２は、光が出射される端面、２つの放物面側面、及び放物面側面の間に延在する２つの平面側面を有する反射器である。適切な代替物は、回転対称性の放物面反射器である。第２の光学素子９２は、第１の光出口面３２に隣接し、かつ第１の光出口面３２から伸びるように配置され、第１の光出口面３２を介して第１の導光体３から出射された光を成形し、第２の成形された光８２を形成する。

図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係る発光デバイスは、概して以下のように機能する。第１の光源２１、２２、２３、２４、２５の各光源によって、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３が発せられる。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３は、その後、第１の光入射面３１において第１の導光体３に入射する。第１の導光体３によって、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３の少なくとも一部が、第２のスペクトル分布を有する第２の光１４に変換される。第２のスペクトル分布を有する第２の光から主に構成され、よって図中では参照番号１４によって表される光は、第１の光出口面３２において第１の導光体３から出射される。同時に、第１のスペクトル分布を有する第１の光から主に構成され、よって図中では参照番号１３によって表される光が、第１の他の面３３、３４、３５、３６のうちの少なくとも１つを介して第１の導光体３から出射される。

他の実施形態では、導光体は透明であり、よって、導光体は光を他のスペクトル分布に変換しない。本実施形態では、光の一部は第１の光出口面３２を介して第１の導光体３から出射され、光の一部は第１の他の面３３、３４、３５、３６のうちの少なくとも１つを介して第１の導光体３から出射される。第１の他の面３３、３４、３５、３６のうちの少なくとも１つから出射される光１３は、第１の光学素子９１によって成形され、第１の成形された光８１が供給される。同時に、第１の光出口面３２から出射される第２の光１４は、少なくとも１つの第２の光学素子９２によって成形され、第２の成形された光８２が供給される。第１の成形された光８１及び第２の成形された光８２が発光デバイス１によって出射され、これにより、異なる光形状、配光、及びスペクトル分布の組み合わせを含む結合光ビームを形成する。出射される光ビームを形成する異なる光形状、配光、及びスペクトル分布は、第１の導光体３、並びに第１及び第２の光学素子９１及び９２の特性に依存する。

次に、図３〜図５を参照すると、第１の導光体３の第１の光出口面３２から出射される光を成形するための第２の光学素子の異なる例を示す、本発明に係る発光デバイスの３つの他の異なる実施形態が示されている。

図３に示される発光デバイス１０１は、第１の導光体３の第１の光出口面３２の上に設けられたレンズの形態の第２の光学素子９２２を含む。

図４に示される発光デバイス１０２は、第１の導光体３の第１の光出口面３２に隣接して設けられ、第１の光学素子９１の前方にも配置されるよう、第１の光出口面３２の両側に延在するレンズアレイの形態の第２の光学素子９２２を含む。これにより、第１の光学素子９１によって成形された第１の成形された光８１の全てを成形するようさらに構成された第２の光学素子９２２が提供される。変形例では、この効果が適切なサイズの単一のレンズによって得られてもよい。

図５に示される発光デバイス１０３は、第１の導光体３の第１の光出口面３２に隣接して設けられ、部分的に第１の光学素子９１の前方にも配置されるよう、第１の光出口面３２の両側に延在するレンズの形態の第２の光学素子９２３を含む。これにより、第１の光学素子９１によって成形された第１の成形された光８１の一部を成形するようさらに構成された第２の光学素子９２３が提供される。変形例では、この効果は適切なサイズを有するレンズアレイによって得られてもよい。

図３〜図５に示されるように、レンズ又はレンズアレイである光学素子は、凸レンズとして示されている。しかし、これらは凹レンズでもよく、特にレンズアレイの場合、凸レンズと凹レンズとの混合であってもよい。

次に、図６を参照すると、本発明に係る発光デバイス１０４の他の実施形態の側面図が示されている。第１の光学素子９１によって成形された第１の成形された光８１の少なくとも一部、及び第２の光学素子９２によって成形された第２の成形された光８２の少なくとも一部をさらに成形するよう、第１及び第２の光学素子９１及び９２の前方に配置された第３の光学素子９３をさらに含む点で、発光デバイス１０４は、図１に示され及び上記された発光デバイスと異なる。

非限定的な例として、第３の光学素子９３は、反射器、放物面反射器、全内部反射器、複合集光器、複合放物面集光器、レンズ、レンズアレイであり得る。必須ではないが、第３の光学素子９３は、第１の光学素子９１及び／又は第２の光学素子９２と同じ種類の光学素子であってもよい。

他の実施形態では、第３の光学素子９３は、第１の光学素子９１によって成形された第１の成形された光８１の少なくとも一部、又は第２の光学素子９２によって成形された第２の成形された光８２の少なくとも一部のみを成形するような配置及び／又は寸法を有してもよい。

次に、図７を参照すると、本発明に係る発光デバイス１０５の他の実施形態の側面図が示されている。第１の光学素子９１及び第１の導光体３の間に配置されたルミネッセンス素子９０をさらに含む点で、発光デバイス１０５は、図１に示され及び上記された発光デバイスと異なる。ルミネッセンス素子９０は、層状の又はパターン化された構造を有し得る、蛍光体等の１つ又は複数の発光材料を含み得る。適切な発光材料が上記されている。

ルミネッセンス素子９０は、一般的に、第１の他の面３３、３４、３５、３６のうちの少なくとも１つに隣接して配置され、図７に示される実施形態では、第１の他の面３５によって例示されている。ルミネッセンス素子９０は、第１の他の面３３、３４、３５、３６のうちの少なくとも１つを介して第１の導光体３から出射される光１３の一部を、異なるスペクトル分布の光に変換し、本実施形態では、第１の他の面のうちの１つのみを介して第１の導光体３から出射された光１３のみが変換される。これにより、第１の光学素子９１によって成形及び出射された第１の成形された光は、それぞれ２つの異なるスペクトル分布を有する光８１１及び８１２からなる。

したがって、図７に示される実施形態では、第１の光学素子９１は、ここでは光８１１及び８１２のスペクトル分布の結合である第３のスペクトル分布を有する第１の成形された光８１１、８１２を供給し、第２の光学素子９２は、第１の成形された光８１１、８１２の第３のスペクトル分布とは異なる第４のスペクトル分布を有する第２の成形された光８２を供給する。

他の実施形態では、ルミネッセンス素子９０は、例えば、第１の光学素子９１の内側表面、第１の他の面３３、３４、３５、３６のうちの１つ又は複数、及び／又は第１の光源２１の上に設けられたルミネッセンス層又はコーティングとして設けられ得る。あるいは、ルミネッセンス素子９０は、任意の他の種類の波長変換素子であってもよい。代わりに又は加えて、第１の導光体の第１の他の面３３、３４、３５、３６それぞれに個別のルミネッセンス素子が割り当てられてもよい。

図８は、本発明の他の実施形態に係る発光デバイス１０６の斜視図を示し、図９は発光デバイス１０６の側面図を示す。

発光デバイス１０６は、上記実施形態のいずれかに係る第１の光源２１１、２２１、第１の導光体３、第１の光学素子９１、及び第２の光学素子９２を含む。

発光デバイス１０６は、さらに、第２の固体光源２１２、２２２、第２の導光体４、第４の光学素子９４、及び第５の光学素子９５を含む。

非限定的な例として、第４の光学素子９４及び第５の光学素子９５は、反射器、放物面反射器、全内部反射を有する光学素子、複合集光器、複合放物面集光器、レンズ、レンズアレイ、屈折素子、回折素子、及びかかる要素の任意の組み合わせであり得る。必須ではないが、第４の光学素子９４及び第５の光学素子９５は同一であってもよい。さらに、必須ではないが、第４の光学素子９４及び第５の光学素子９５は、第１の光学素子９１及び／又は第２の光学素子９２と同じ種類の光学素子であってもよい。

第２の導光体４は、概して、第２の光出口面４２が第２の導光体４の第２の端面になるよう、互いに対してゼロではない角度で延在する第２の光入射面４１及び第２の光出口面４２を有する正方形のプレートとして成形される。第２の導光体４は、さらに、第２の他の面４４、４４、４５、４６を含み、この例では、そのうちの１つ、すなわち面４６が、第２の光出口面４２に対して反対側かつ平行に延在し、よって、この面４６も第２の導光体４の端面である。第２の導光体４は、バー状若しくは棒状に、又は例えば長方形のプレートとして成形されてもよい。第２の光源２１２、２２２は、第２の導光体４の第２の光入射面４１と隣接し、かつ光接触するよう配置される。

第１の導光体３及び第２の導光体４は、第１の光入射面３１及び第２の光入射面４１が向かい合うよう互いに対して配置される。

第２の光出口面４２及び面４６が対向する側面であり、第２の光入射面４１が端面である図８及び図９に係る発光デバイス１０６の他の構成も可能である。

第２の光出口面４２及び第２の光入射面４１が対向する平行な面である図８及び図９に係る発光デバイス１０６の他の構成も可能である。

さらに、第２の導光体４は、透明材料、発光材料、ガーネット、集光材料、又はこれらの組み合わせを含み、当該材料は、第１の導光体３と同じでも異なってもよい。適切な材料及びガーネットが上記されている。

一実施形態では、第２の導光体４は、あるスペクトル分布の光を他のスペクトル分布の光に変換する材料を含む透明導光体である。あるスペクトル分布の光を他のスペクトル分布の光に変換する材料は、第２の導光体４の表面に配置されてもよく、第２の導光体４に埋め込まれてもよく、また、材料は第１の導光体３の材料と同じでも異なってもよい。他の実施形態では、第２の導光体４は、固体光源が発した光を誘導するための透明導光体である。例えば、透明導光体は、その上で固体光源がエピタキシャル成長させられる透明基板を含み得る。一部の実施形態では、基板は、例えばサファイア基板等の単結晶基板である。したがって、一部の実施形態では、光源の透明成長基板は、集光透明導光体である。

図８及び図９に示される実施形態では、第１の光学素子９１は反射素子の第１の部分であり、第４の光学素子９４は反射素子の第２の部分であり、反射素子の第１の部分及び第２の部分は、分離要素９６によって分離される。分離要素９６は、第１の光源２１１及び２２１、並びに第２の光源２１２及び２２２の共通のベースとなり、かつ／又は、それ自体が第１の光学素子９１及び／又は第４の光学素子９４の一部を形成し得る。一実施形態では、分離要素９６は、反射要素、又は反射コーティング若しくは反射表面層を有する要素である。代わりに又は加えて、分離要素９６は、ヒートシンク素子として機能するよう熱放散特性を有してもよい。

第１の導光体３及び第２の導光体４は、それぞれルミネッセンス素子９０１及び９０２を含む。ルミネッセンス素子９０１は、一般的に、第１の他の面３３、３４、３５、及び３６のうちの少なくとも１つに隣接して配置され、ルミネッセンス素子９０２は、一般的に、第２の他の面４３、４４、４５、及び４６のうちの少なくとも１つに隣接して配置される。

図８に示される実施形態では、ルミネッセンス素子９０１は、第１の光出口面３２に対して平行かつ反対側に延在する第１の他の面３６に隣接して配置され、ルミネッセンス素子９０２は、第２の光出口面４２に対して平行かつ反対側に延在する第２の他の面４６に隣接して配置される。ルミネッセンス素子９０１及び９０２は、それぞれ第１及び第２の他の面３６及び４６を介して第１の導光体３及び第２の導光体４から出射された光の一部を、それぞれ異なるスペクトル分布を有する光に変換し、その際、光のほとんどが導光体３、４にそれぞれ跳ね返され、最終的に少なくとも光出口面３２、４２を介して出射される。これにより、第１の光学素子９１によって成形され及び第１の光学素子９１から出射された第１の成形された光８１、並びに第４の光学素子９４によって成形され及び第４の光学素子９４から出射された第３の成形された光８４は、合計４つの異なるスペクトル分布を有する光を含む。

他の実施形態では、ルミネッセンス素子９０１、９０２は、各光出口面３２、４２に向けて光を跳ね返す反射要素によって置換され、又はかかる反射要素を追加で有し得る。

したがって、図８に示される実施形態では、第１の光学素子９１によって供給される第１の成形された光８１、第２の光学素子９２によって供給される第２の成形された光８２、第４の光学素子９４によって供給される第３の成形された光８４、及び第５の光学素子９５によって供給される第４の成形された光８５は、互いに異なるスペクトル分布を有し得る。あるいは、第１、２、３、及び４の成形された光８１、８２、８３、及び８４のうちの２つ以上が、同一の、類似の、又は重複するスペクトル分布を有してもよい。

あるいは、図８及び図９に示される種類の発光デバイスは、図１〜図７に関連して上記された実施形態のいずれかに係る２つの異なる又は同一の発光デバイスを有してもよい。また、同様に、図１〜図７に関連して上記された実施形態のいずれかに係る３つ以上の発光デバイスを含む発光デバイスも可能である。

図８及び図９に係る発光デバイス１０６は、概して、以下のように機能する。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３が第１の光源２１１、２２１によって発せられる。その後、第１のスペクトル分布を有する第１の光１３は、第１の光入射面３１において第１の導光体３に入射する。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３の一部は、第１の導光体３によって第２のスペクトル分布を有する第２の光１４に変換される。第１のスペクトル分布を有する第１の光１３の他の部分は、第１の他の面３３、３４、３５、３６のうちの少なくとも１つを介して第１の導光体３から出射され、第１の光学素子９１によって成形されて第１の成形された光８１を供給し、第１の成形された光８１が発光デバイス１０６によって出射される。第２のスペクトル分布を有する第２の光１４は、第１の光出口面３２において第１の導光体３から出射され、第２の光学素子９２によって成形され第２の成形された光８２を形成し、第２の成形された光８２が発光デバイス１０６によって出射される。同時に、第５のスペクトル分布を有する第３の光１７が第２の光源２１２、２２２によって出射される。その後、第５のスペクトル分布を有する第３の光１７は、第２の光入射面４１において第２の導光体４に入射する。第５のスペクトル分布を有する第３の光１７の一部は、第２の導光体４によって第６のスペクトル分布を有する第４の光１８に変換される。第５のスペクトル分布を有する第３の光１７の他の部分は、第２の他の面４３、４４、４５、及び４６のうちの少なくとも１つを介して第２の導光体４から出射され、第４の光学素子９４によって成形されて第３の成形された光８４を供給し、第３の成形された光８４が発光デバイス１０６によって出射される。第６のスペクトル分布を有する第４の光１８は、第２の光出口面４２において第２の導光体４から出射され、第５の光学素子９５によって成形されて第４の成形された光８５を形成し、第４の成形された光８５が発光デバイス１０６によって出射される。したがって、本実施形態では、発光デバイス１０６は、第１の成形された光８１、第２の成形された光８２、第３の成形された光８３、及び第４の成形された光８５を含む光を発する。

図６に示される発光デバイス１０４と類似する追加の実施形態では、図８及び図９に係る発光デバイスは、さらに、第３の成形された光８４及び／又は第４の成形された光８５をさらに成形するよう、第４及び／又は第５の光学素子９４、９５の前方に配置された第６の光学素子を含み得る。

また、実施形態を問わず、本発明の実施形態に係る発光デバイスの結合された光出力は、例えば第１、２、３、及び４の成形された光が、部分的に又は完全に重複し、かつ／又は、第１及び／又は第３の成形された光が主に又は専らバックグラウンド照明用に使用されるよう供給されてもよい。

図１０は、第２の光学素子９２が反射器である本発明に係る発光デバイス１０７の一実施形態の概略断面図を示す。さらに、本実施形態では、第１の導光体３は、固体光源２１、２２、２３、２４、２５から第１の導光体３に入射する光の少なくとも一部が第１の導光体３から出射される出射領域３９を含む。反射器は、第１の導光体３の第１の端面３２に配置され、第１の端面３２に到達する光は第１の導光体３内に跳ね返され、よって、本実施形態では第１の端面３２は光出口面ではない。このようにして、第１の他の面のうちの少なくとも１つから光が出射される第１の導光体３の所定の領域が設けられる。本実施形態では、第１の導光体３は第１の光学素子３９内に完全に収容されない。出射領域３９のみが第１の光学素子９１によって包囲され、第１の導光体３の出射領域３９から出射された光が第１の光学素子によって成形され、第１の成形された光を供給する。本実施形態では、第１の光学素子９１は、少なくとも１つの他の面から出射された光を成形し、第１の導光体３の主要長さ方向に方向転換する放物面反射器である。言い換えれば、光を第１の端面に向かって長さ方向沿いに誘導する第１の導光体３は、本実施形態では、第１の導光体３の少なくとも１つの他の面の所定の領域において光を出射する側面発光導光体である。これは、グレアが防止された高輝度発光デバイスを提供する。

一実施形態では、出射領域３９は、散乱粒子若しくは孔、又は光を他のスペクトル分布に変換する蛍光体粒子を含む。一実施形態では、出射領域３９は、粗面、散乱層、蛍光体層、屈折層、又は回折層を有する。粗面又は付加層は、第１の他の面のうちの少なくとも１つに設けられる。

反射器９２は、例えば、拡散反射器であり得る。また、反射器９２は、第１の端面３２より大きくてもよい。一実施形態では、反射器９２は、側面発光が強化されるような形状、例えば円弧状の形状を有する。

一実施形態では、第１の端面３２の反対側の面に反射器が配置される。

実施形態を問わず追加され得るさらなる追加特徴は、以下を含む。

光源は、異なるダイナミックビーム形状が得られるよう調整され得る。照明システムは、本発明に係る発光デバイスと、複数の光源２１、２２、２３、２４、２５のそれぞれを選択的にＯＮ／ＯＦＦするコントローラを含み得る。例えば、図１に示される実施形態に関して、光源２１、２２、及び２３がＯＮにされ、光源２４及び２５がＯＦＦにされ、逆の場合、すなわち、ＬＥＤ２１、２２、及び２３がＯＦＦにされ、ＬＥＤ２４及び２５がＯＮにされる場合とは異なるビーム形状がもたらされる。この例では、第２の光学素子９２によって得られるビーム形状は同じであるが、第１の光学素子９１とＯＮにされた光源との間の距離は、第１の光学素子９１とＯＦＦにされた光源との間の距離と異なるため、第１の光学素子９１による光のコリメーションが異なる。

第１の光学素子、そして存在する場合は第３の光学素子と、光源との間の空間は、上記実施形態のように空気によってではなく、適切なポリマー又は液体等の物質によって充填されてもよい。

さらに、ヒートシンク素子、又は冷却ファン等の能動的冷却素子が設けられてもよく、冷却素子は導光体に向けられ得る。能動的冷却素子の使用は、ヒートシンク素子又は他の導光体の放熱、吸熱等を省き又は最小化すること、及び改良された光抽出及び／又はコリメーションを可能にする。

実施例
次に、図１１を参照して、適合型自動車ヘッドライトシステムにおける本発明の一実施形態に係る発光デバイスのアプリケーションの例が説明される。図１１は、道路１０１００を照らす自動車１００００を示す。図１１に示されるように、自動車１００００のヘッドライトは、高速道路光ビームパターン１０２００で道路１０１００を照らすよう構成されている。一部の実施形態では、高速道路光ビームパターン１０２００は、比較的速い速度で道路１０１００、例えば高速道路を自動車１００００によって走行しているときに使用される。この場合、自動車１００００のヘッドライトシステムから出射される光の光軸は、基本的に道路１０１００と平行である。高速道路光ビームパターン１０２００は、本発明に係る発光デバイスによって出射される第２の成形された光８２によって形成される。

本発明に係る発光デバイスは、上記したように第１の成形された光８１も出射するため、第２の成形された光８２によって形成される第１の光ビームパターンとともに、第１の成形された光８１によって第２の光ビームパターンを得ることができる。

かかる第２の光ビームパターンは、必要及び状況に応じて形成され得る。例えば、クロスカントリー環境に入るとき、自動車１００００のヘッドライトの光軸を道路１０１００に向けて下方に傾け、図１１に示されるように、本発明に係る発光デバイスによって出射される第１の成形された光８１によって形成されるクロスカントリー光ビームパターン１０３００を得ることが好ましい。クロスカントリー光ビームパターン１０３００は、対向車の目をくらませることを防ぎ、中速での走行中に使用される。この場合、ヘッドライトの光軸の傾きは、例えば、第３の光学素子９３が傾きを与える適切なレンズである、図６に示される実施形態に係る発光デバイス１０４を使用して得ることができる。

あるいは、第２の光ビームパターンは、町の照明条件（図示無し）に適合させられてもよく、この場合、自動車１００００のヘッドライトの光軸はさらに下方に傾斜され、これにより、出射光の幅が広げられる。このようなタウン光ビームパターンは、比較的低速で走行しているときに使用される。タウン光ビームパターンは、道路１０１００の路肩の明るさを上昇させ、例えば、道路１０１００の脇を移動している歩行者及び自転車に関する交通安全性を高める。

当然ながら、自動車照明アプリケーションにおいて使用される本発明に係る発光デバイスは、他のビームパターンの組み合わせを提供するよう、及び／又は、上記３つのパターン全てを同時に提供するよう、及び／又は、ビームパターンの配色を臨機応変に調整するよう構成されてもよい。さらに、自動車照明アプリケーションにおいて使用される本発明の一実施形態に係る発光デバイスに、かかる光ビームパターンのうちの１つ又は複数を選択的にＯＮ及び／又はＯＦＦするコントローラを設けてもよい。

上記から明らかなように、自動車照明等のアプリケーションでは、複雑な配光が必要とされる。例えば、快適さ及び安全上の理由から、自動車の直進方向では、良好な視界のために白色光、左（又は右）方向では、ドライバーの目をくらまさないよう、より黄色がかった光、右（又は左）方向では、道路標示を見やすくするよう、より青色がかった光である。したがって、かかる実施形態では、制御装置が、出射方向に応じて発光デバイスによる出射光の色を制御するよう構成される。当業者は、本発明が上記実施形態によって如何なる意味でも限定されないことを理解する。反対に、添付の特許請求の範囲内で多くの改変及び変形が可能である。

さらに、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を分析することにより、当業者は、開示の実施形態の変形形態を理解及び実施することができる。請求項中、「含む」等の用語は他の要素又はステップを除外せず、要素は複数を除外しない。単にいくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせを好適に使用することができないとは限らない。

Claims (15)

1. 動作中、第１のスペクトル分布の第１の光を発する複数の第１の固体光源と、
   互いに対してゼロではない角度で延在する第１の光入射面及び第１の端面、並びに前記第１の光入射面と平行に延在する少なくとも１つの第１の他の面を含む第１の導光体であって、前記複数の第１の固体光源は、前記第１の光入射面に配置される、第１の導光体と
   を含む発光デバイスであって、
   前記第１の導光体は、前記第１のスペクトル分布を有する前記第１の光を前記第１の光入射面において受け取り、前記第１のスペクトル分布を有する前記第１の光の少なくとも一部を前記第１の端面に誘導し、
   前記発光デバイスは、さらに、前記少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部を介して前記第１の導光体から出射される光を成形して第１の成形された光を供給するための少なくとも１つの第１の光学素子、及び、前記第１の端面の付近に又は上に配置された少なくとも１つの第２の光学素子を含む、発光デバイス。
2. 前記第１の導光体は、前記第１のスペクトル分布を有する前記第１の光の少なくとも一部を、前記第１の端面から出射し、前記少なくとも１つの第２の光学素子は、前記第１の端面を介して前記第１の導光体から出射される光を成形して第２の成形された光を供給する、請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記第２の光学素子は、さらに、前記第１の成形された光の少なくとも一部を成形する、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
4. 前記第１の光学素子は、前記第１の成形された光の少なくとも一部を、第３のスペクトル分布を有する光に変換し、前記少なくとも１つの第２の光学素子は、前記第２の成形された光の少なくとも一部を、前記第３のスペクトル分布とは異なる第４のスペクトル分布を有する光に変換する、請求項１又は２に記載の発光デバイス。
5. 前記少なくとも１つの第２の光学素子は反射器であり、前記第１の導光体は、前記第１のスペクトル分布を有する前記第１の光の少なくとも一部を、前記少なくとも１つの第１の他の面の少なくとも一部から出射する、請求項１に記載の発光デバイス。
6. 前記第１の導光体の前記少なくとも１つの第１の他の面の前記少なくとも一部の上に光取り出し手段が設けられる、請求項５に記載の発光デバイス。
7. 前記第１の導光体の一部の中に光取り出し手段が設けられる、請求項５に記載の発光デバイス。
8. 前記第１の導光体は、前記第１のスペクトル分布を有する前記第１の光の少なくとも一部を、第２のスペクトル分布を有する第２の光に変換し、前記第２のスペクトル分布を有する前記第２の光を前記第１の端面に誘導する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光デバイス。
9. 前記第１の導光体は透明である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光デバイス。
10. 前記少なくとも１つの第１の光学素子の付近に、中に、又は上に配置されたルミネッセンス素子をさらに含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光デバイス。
11. 前記発光デバイスは、さらに、動作中、第５のスペクトル分布を有する第３の光を発する複数の第２の固体光源と、
    互いに対してゼロではない角度で延在する第２の光入射面及び第２の端面、並びに少なくとも１つの第２の他の面を含む第２の導光体であって、前記複数の第２の固体光源は、前記第２の光入射面に配置される、第２の導光体と
    を含み、
    前記第２の導光体は、前記第５のスペクトル分布を有する前記第３の光を前記第２の光入射面において受け取り、前記第５のスペクトル分布を有する前記第３の光の少なくとも一部を前記第２の端面に誘導し、前記第５のスペクトル分布を有する前記第３の光の少なくとも一部を前記第２の端面から出射し、
    前記発光デバイスは、さらに、前記少なくとも１つの第２の他の面の少なくとも一部を介して前記第２の導光体から出射された光を成形し、第３の成形された光を供給する少なくとも１つの第４の光学素子と、
    前記少なくとも１つの第２の端面の付近に又は上に配置された少なくとも１つの第５の光学素子と
    を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
12. 前記少なくとも１つの第５の光学素子は、前記少なくとも１つの第２の端面を介して前記第２の導光体から出射される前記第５のスペクトル分布を有する前記第３の光を成形し、第４の成形された光を供給する、請求項１１に記載の発光デバイス。
13. 前記少なくとも１つの第１の光学素子は、反射素子の第１の部分であり、前記少なくとも１つの第４の光学素子は、前記反射素子の第２の部分であり、前記反射素子の前記第１の部分及び前記第２の部分は、分離要素によって分離される、請求項１１又は１２に記載の発光デバイス。
14. 前記第２の導光体は、前記第５のスペクトル分布を有する前記第３の光の少なくとも一部を第６のスペクトル分布を有する第４の光に変換し、前記第６のスペクトル分布を有する前記第４の光の少なくとも一部を前記第２の端面に誘導し、前記第６のスペクトル分布を有する前記第４の光の少なくとも一部を前記第２の端面から出射する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
15. デジタル投影、自動車照明、ステージライト、店舗用照明、家庭用照明、アクセント照明、スポットライト、劇場照明、光ファイバ照明、表示システム、警告灯システム、医療用照明アプリケーション、装飾照明アプリケーションのうちの１つ又は複数において使用される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発光デバイスを含む、ランプ、照明器具、又は照明システム。