JP2017507475A - 離脱式波長変換器を含む発光デバイス - Google Patents

Abstract

照明デバイス１００は、ロック機構１１４、３０２、３０４を含む支持構造体１０２、１０４と、支持構造体１０２、１０４に接触して配置される光源１０６と、第１の波長範囲から第２の波長範囲に光を変換し、光を受け取る光入射面と光を放射する光出射面とを有する波長変換器１１０とを含む。波長変換器１１０は、ロック機構を介してロック位置にある支持構造体１０２、１０４に離脱可能に接続され、光入射面は、光源１０６と光学的に接触して配置される。

Description

本発明は、発光デバイスに関する。特に、本発明は、波長変換器を含む改良型発光デバイスに関する。

新規で、よりエネルギー効率の良い照明デバイスの開発は、社会が直面している重要な技術的課題の１つである。従来の照明ソリューションよりもエネルギー効率の良い一般的な技術は、しばしば、発光ダイオード（ＬＥＤ）といった固体光源に基づいている。

すべてではないが、ほとんどの市販されている高効率固体光源は、不所望の波長の光、例えばＵＶ光、青色光、紫色光等の光も放射する。更に、固体光源から放射される光は、集束されていない。高輝度光源は、スポット照明、デジタル光投影、車両照明、ランプ及び照明器具を含む多くの応用にとって興味深い。これらの目的に、高度に透明のルミネッセンス材料において、より短い波長の光を、より長い波長の光に変換する波長変換器を使用することが可能である。放射光の輝度又は強度を増加させるために、より長い波長の光が、波長変換器の１つの表面からのみ抽出される。

しかし、このような応用において、光源からの光を、大抵の場合、波長変換を提供する透明蛍光体を含む波長変換器に効果的に結合させることが重要である。更に、ＬＥＤがルミネッセンス層に光学的に結合されている点からの光損失を回避するために、生成された光をルミネッセンス層内に維持することが望ましい。米国特許第７，９８２，２２９号は、青色ＬＥＤから光を受け、当該光をより長い波長の光に変換し、当該光を出射面に案内する蛍光体を含み、結果として生じる輝度が高い変換構造体について説明している。しかし、このような照明デバイスは、顧客が、色、形状又はアスペクト比といった照明デバイスの特定の所望の特性を考慮するように、照明デバイスをカスタマイズする又は適応させることができない。更に、新たな開発によって、このような照明デバイスに望ましく使用されるべきより効率的な波長変換器が提供される。米国特許出願公開第２００９／００８６４７５Ａ１号は、可変厚さを有する蛍光体構成要素を光源に対して動かすことができる色調整可能な発光デバイスについて開示している。欧州特許第２５５５２６１Ａ１は、様々な蛍光体を有する部分を含む蛍光体要素について開示しており、当該要素を、発光領域に対して動かすことができる。

発光デバイスの上記所望の特性に関して、本発明は、カスタマイズ可能で適応可能であることにより、更なる開発を考慮でき、又は、顧客が改良型照明デバイスをカスタマイズすることを可能にする、当該改良型照明デバイスを介して、発光デバイスの性能を向上させることを一般的な目的とする。

本発明の第１の態様によれば、これらの及び他の目的は、ロック機構を含む支持構造体と、支持構造体に接触して配置される光源と、第１の波長範囲から第２の波長範囲に光を変換し、光を受け取る光入射面と光を放射する光出射面とを有する波長変換器とを含む照明デバイスを介して、達成される。波長変換器は、ロック機構を介してロック位置にある支持構造体に離脱可能に接続され、光入射面は、光源と光学的に接触して配置される。

デバイスの目的は、照明を提供することであり、一般的に、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は他の固体光源である光源は、この機能を提供する主な構成要素である。波長変換器は、第１の波長範囲から第２の波長範囲に光を変換する。なお、この変換は、通常、短波長から長波長への変換である。更に、波長変換器は、通常、蛍光体を含むルミネッセンス構造体の形で提供される。

支持構造体とは、波長変換器を、ロック機構を介してロック位置にある光源を含む支持構造体に離脱可能に接続する構造体として理解されるべきである。したがって、波長変換器は、照明デバイスをカスタマイズする又はアップグレードするために、別の交換可能な波長変換器と交換される交換可能な波長変換器であると理解されるべきである。支持構造体は更に、光源を含み、波長変換器は、波長変換器の光を受け取る光入射面が、光源から光を受け取るように配置される。一実施形態では、光源の光出射面が、波長変換器の光入射面と、支持構造体の表面との間に配置される。例えば光源は、光源の光出射面を除き、支持構造体に埋め込まれ、光源の当該光出射面は、波長変換器の光入射面に面する。波長変換器によって受け取られた光は、次に、光出射面を介して放射される前に、第２の波長範囲に変換される。波長変換器に入るすべての光子に生じる可能性があるわけではない光変換処理によって、少量の光が変換されない可能性はある。

本発明は、離脱可能に接続される波長変換器を使用することによって、波長変換器を置換又は交換でき、これにより、使用される材料によって色や色点を、又は、光出射面の形状若しくはアスペクト比によって照明デバイスから放射される光の強度をカスタマイズできるという認識に基づいている。更に、研究及び開発によって、本発明による照明デバイスに使用することができる新規でかつより効率的な波長変換器が提供されてよく、これにより、照明デバイスの他の部分を再利用することで、費用を削減することができる。

本発明の一実施形態によれば、支持構造体は、光源に熱的に結合されるヒートシンクを含んでもよい。光源をヒートシンクに熱的に結合することによって、光源の冷却が向上され、光源は、温度が高過ぎることによる故障又は性能低下なく、長時間にわたって又は無期限に、より効率的に光を生成することができる。

本発明の別の実施形態によれば、ヒートシンクは、波長変換器に熱的に結合されてよい。波長変換器とヒートシンクとの間に熱結合を提供することによって、波長変換器は、温度が高過ぎることによる故障又は性能低下なく、長時間にわたって又は無期限に、より効率的に光を変換することが可能にされる。

本発明の一実施形態によれば、波長変換器は、１００マイクロメートル未満、好適には５０マイクロメートル未満、及び、最も好適には２０マイクロメートル未満である空隙によって、ヒートシンクから離されていてよい。１００マイクロメートル未満の小さい空隙は、波長変換器をヒートシンクから光学的に分離させつつ、優れた熱伝導率を提供する。波長変換器をヒートシンクから光学的に分離させることによって、波長変換器から光が漏れ出る可能性のある界面は、波長変換器と空気との界面である。空気は、１の屈折率を有するので、光が波長変換器から出る可能性は減少される一方で、デバイスの有利な冷却特性が維持される。

本発明の一実施形態によれば、支持構造体は、第１の部分と、第２の部分と、ロック機構とを含んでよく、第１の部分は、ロック機構が第１の部分を、第２の部分に対して固定位置に維持し、これにより、波長変換器が第１の部分と第２の部分との間にしっかりと保持される位置になるように、第２の部分に向かって移動可能である。ロック機構を使用することによって、第１の部分が、ロック位置となるように第２の部分に向かって移動可能である支持構造体を提供することによって、波長変換器は、第１の部分と第２の部分との間にしっかりと保持される。要するに、波長変換器はクランプされる。ロック位置とは、第１の部分が、第２の部分に対して、当該位置に自動的に留まり、これにより、波長変換器を保持する手段が提供される位置であると理解されるべきである。

本発明の別の実施形態によれば、照明デバイスは更に、光源と光入射面との間であって、かつ、光源と光入射面とに接触して配置され、また、光源からの光を波長変換器に導く圧縮可能な光学要素を含んでよい。圧縮可能な光学要素とは、波長変換器がしっかりと保持されるときに、波長変換器と支持構造体との直接的な物理的接触が波長変換器の表面には有害でありうるので、当該接触を阻止するように、当該光学要素が波長変換器と支持構造体との間に圧縮されるように圧縮可能である光学要素と理解されるべきである。更に、光学要素の屈折率を調節することによって、光源からの光の大部分が、光学要素によって、波長変換器へと結合され、これにより、照明デバイスの効率が向上される。

本発明の一実施形態によれば、光学要素は、１．４未満、好適には１．２未満の屈折率を有してよい。これらの屈折率によって、光学要素は、光の大部分を波長変換器へと結合することができ、これにより、デバイスの効率が更に向上される。本発明の様々な実施形態では、波長変換器は、通常、約１．７の屈折率を有し、幾つかの実施形態では、最大で約２．０の屈折率を有する。

本発明の一実施形態によれば、照明デバイスは更に、波長変換器と支持構造体との間であって、かつ、波長変換器と支持構造体とに接触して配置される圧縮可能な光学要素を含み、圧縮可能な光学要素は、圧縮可能な光学要素と波長変換器との界面において屈折される光を反射する。支持構造体と波長変換器との間であって、かつ、支持構造体と波長変換器とに接触して配置される圧縮可能な光学要素を、光を反射するように構成することによって、波長変換器からの光の大部分が、光出射面を介して波長変換器から出て、これにより、照明デバイスによって放射される光の輝度が向上される。

本発明の一実施形態によれば、圧縮可能な光学要素は、熱伝導性であってよい、好適には約１Ｗ／ｍＫを上回る熱伝導率を有する。熱伝導性の圧縮可能な光学要素を提供することによって、波長変換器は、支持構造体に熱的に結合される。波長変換器を支持構造体に熱的に結合させることによって、波長変換器は、温度が高過ぎることによる故障又は性能低下なく、長時間にわたって又は無期限に、より効率的に光を変換することができる。

本発明の別の実施形態によれば、圧縮可能な光学要素の厚さは、１００マイクロメートル未満であってよく、好適には２０マイクロメートル未満である。１００マイクロメートルよりも薄いといったように薄い圧縮可能な光学要素は、波長変換器から支持構造体に熱を効率的に伝導する。

本発明の一実施形態によれば、支持構造体は、第２の部分に旋回可能に接続される第１の部分を含んでよく、第１の部分は、ロック位置となるように、第２の部分に向かって旋回可能であり、これにより、波長変換器が第１の部分と第２の部分との間にしっかりと保持される。ロック位置となるように、第２の部分に向かって旋回可能である第１の部分を有する支持構造体を提供することによって、波長変換器は、第１の部分と第２の部分との間にしっかりと保持される。要するに、波長変換器はクランプされる。ロック位置とは、第１の部分が、第２の部分に対して、当該位置に自動的に留まり、これにより、波長変換器を保持する手段が提供される位置であると理解されるべきである。

本発明の別の実施形態によれば、支持構造体は更に、突出部を含み、波長変換器は、突出部に対応する凹部を含み、突出部は、波長変換器をロック位置にしっかりと保持するように凹部に係合する。突出部を含む支持構造体と、対応する凹部を含む波長変換器とを提供することによって、波長変換器は、閉じた又はロックした位置において、突出部が凹部に係合することによって、支持構造体に離脱可能に接続され、これにより、波長変換器がしっかりと保持される。

本発明の一実施形態によれば、支持構造体は更に、突出部を含み、波長変換器は更に、波長変換器を部分的に取り囲む熱伝導層を含み、熱伝導層は、波長変換器が支持構造体に接続されると、支持構造体に接触し、熱伝導層は、突出部に対応する凹部を含み、突出部は、波長変換器を支持構造体に対してロック位置にしっかりと保持するように凹部に係合する。突出部を含む支持構造体と、対応する凹部を含み、波長変換器を囲む熱伝導層とを提供することによって、波長変換器は、閉じた又はロックした位置において、突出部が凹部に係合することによって、支持構造体に離脱可能に接続され、これにより、波長変換器がしっかりと保持される。更に、波長変換器を部分的に取り囲む熱伝導層は、波長変換器から支持構造体に熱を伝達するので、波長変換器は、温度が高過ぎることによる故障又は性能低下なく、長時間にわたって又は無期限に、より効率的に光を変換することができる。

本発明の一実施形態によれば、照明デバイスは更に、光出射面に光学的に接続され、波長変換器を、光方向転換要素と支持構造体との間に離脱可能に保持する当該光方向転換要素を含んでよい。光方向転換要素は、例えばコリメータ、レンズ、プリズム又は光の方向を転換する任意の他の既知の光学素子であってよい。光方向転換要素は、好適には、波長変換器が、光方向転換要素と支持構造体の一部との間にクランプされるように配置される。

本発明の第２の態様によれば、上記目的は、支持構造体と、支持構造体に接触して配置される光源と、第１の波長範囲から第２の波長範囲に光を変換し、光を受け取る光入射面と光を放射する光出射面とを有する波長変換器とを含む照明デバイスを含む照明システムによっても満たされる。波長変換器は、支持構造体に離脱可能に接続され、光入射面は、光源に光学接触して配置される。照明システムは更に、波長変換器の少なくとも１つの特性、及び／又は、波長変換器の光出射面によって放射される光の少なくとも１つの特性を検出する検出器と、検出器及び光源に接続される制御ユニットとを含み、制御ユニットは、波長変換器及び／又は波長変換器の光出射面によって放射される光の検出された特性に基づいて光源を制御する。

本発明の第２の態様の多くの特徴及び利点は、第１の態様の上記特徴及び利点と同様である。しかし、照明システムは更に、波長変換器の少なくとも１つの特性、及び／又は、波長変換器の光出射面によって放射される光の少なくとも１つの特性を検出する検出器と、検出器及び光源に接続される制御ユニットとを含む。制御ユニットは、波長変換器又は波長変換器によって放射される光の検出された特性に基づいて光源を制御する。したがって、波長変換器が、別の波長変換器によって置換されると、制御ユニットは、検出された特性に依存して、又は、波長変換器から放射される必要のある光量に依存して、より多くの又は少ない光を出力するように、光源を効率的に制御することができる。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付の請求項及び以下の説明を検討することにより、明らかとなろう。当業者であれば、本発明の様々な特徴は、本発明の範囲から離れることなく、以下に説明される実施形態以外の実施形態を作成するために組み合わされてもよいことは認識できるであろう。

本発明の本態様及び他の態様は、本発明の一実施形態を示す添付図面を参照して、以下により詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態による照明デバイスの略側面図である。 図２は、本発明の別の実施形態による照明デバイスの略側面図である。 図３は、本発明の別の実施形態による照明デバイスの略側面図である。 図４は、本発明の別の実施形態による照明デバイスの略側面図である。 図５は、本発明の別の実施形態による照明デバイスの略側面図である。

本詳細な説明では、本発明による発光デバイスの実施形態は、主に、ＬＥＤ光源を含む発光デバイスを参照して説明される。なお、これは、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、例えば他のタイプの光源との併用といった他の状況にも適用可能である。更に、図面に示されるＬＥＤの数も、概略的な表現に過ぎない。使用時、数、比質量偏差及び他のそのような詳細は、各応用によって決定される。

次に、本発明を、最初に構造に注目し、次に照明デバイスの機能について注目する図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による照明デバイス１００の側面図である。照明デバイス１００は、第１の部分１０２と第２の部分１０４とを含む支持構造体を含む。照明デバイスは更に、第１の波長範囲から第２の波長範囲に光を変換する波長変換器１１０を含む。光を提供する主な構成要素は、ここでは、３つの光源１０６として示され、光源１０６は、通常、ＬＥＤ又はレーザダイオードであり、以下、そのように呼ぶ。しかし、他のタイプの固体光源を、本発明の範囲において使用してもよい。ＬＥＤ１０６は、支持構造体１０４と接触して配置される。ここでは、ＬＥＤは、支持構造体１０４の波長変換器１１０に面している表面内に埋め込まれ、ＬＥＤ１０６の発光面は、波長変換器１１０に面している。ＬＥＤ１０６からの光を波長変換器１１０に導くように配置される圧縮可能な光学要素１０８が、ＬＥＤ１０６と接触して配置される。光が波長変換器１１０に入る表面は、光入射面であり、当該光入射面は、圧縮可能な光学要素１０８を介してＬＥＤ１０６と、また、光学要素１０８を介してＬＥＤ１０６の波長変換器１１０の光入射面に面している発光面とに、光学的に接触する。圧縮可能な光学要素１０８は更に、波長変換器１１０には有害である、支持構造体と波長変換器１１０との物理的な接触も阻止する。したがって、ロック位置では、光学要素１０８は、波長変換器１１０の光入射面とＬＥＤ１０６の発光面との間にクランプされる。図１に示される本発明の実施形態では、波長変換器１１０と支持構造体の第１の部分１０２との間に配置される圧縮可能な光学要素１１２が更にある。圧縮可能な光学要素１１２は、圧縮可能な光学要素１１２と波長変換器１１０との界面において、光を反射する。圧縮可能な光学要素１１２は更に、波長変換器１１０には有害である、波長変換器１１０と支持構造体との物理的な接触も阻止する。圧縮可能な光学要素１０８、１１２は更に、波長変換器１１０からの熱を支持構造体に伝導する。支持構造体１０２、１０４は更に、ヒートシンク（図示せず）を含んでもよい。したがって、より多くの熱が、波長変換器１１０から支持構造体を通じて伝達される。熱は、使用時に、波長変換器１１０における第１の波長範囲から第２の波長範囲への変換処理中に生成される。したがって、波長変換器１１０から熱を伝達することによって、波長変換器１１０は、温度が高過ぎることによる故障又は性能低下なく、長時間にわたって又は無期限に、より効率的に光を変換することができるようになる。支持構造体１０２、１０４内に含まれる又はその一部であるヒートシンク（図示せず）は、ＬＥＤ１０６にも結合されていてもよく、したがって、ＬＥＤ１０６も、温度が高過ぎることによる故障又は性能低下なく、長時間にわたって又は無期限に、より効率的に光を生成することができる。

支持構造体は更に、ロック機構１１４を含む。ロック機構１１４によって、第１の部分１０２は、図１に示される位置になるように、第２の部分１０４に向かって移動可能である。図１に示される位置では、ロック機構１１４は、第１の部分を、第２の部分１０４に対して固定位置に維持し、これにより、波長変換器１１０を、支持構造体の第１の部分１０２と第２の部分１０４との間に、光学要素１０８が波長変換器１１０の光入射面とＬＥＤ１０６の発光面との間にクランプされるように、しっかりと保持する。第１の部分１０２と第２の部分１０４との間の距離を増加することによって、ロック機構１１４は、波長変換器１１０が取り除かれて、色又は光出射面の形状若しくはアスペクト比といった異なる特性を有する別の波長変換器１１０によって置換されることを可能にする。これにより、波長変換器１１０を支持構造体に、離脱可能に接続する。したがって、波長変換器は、置換可能又は交換可能な波長変換器１１０である。ロック機構１１４は、スナップロック、クリックロック、ツイストロック、バイオネットロック又はねじロックといった任意の既知のロック機構であってよい。ロック機構１１４は更に、ロック機能を達成するために、ばね又は他の機械式構成要素を含んでもよい。

波長変換器１１０は、好適には、平滑面（即ち、研磨面）を有し、図１に示されるように、棒又はロッド状（即ち、細長い）の形状である。圧縮可能な光学要素１０８、１１２は、好適には、１．４よりも低く、更には、１．２よりも低いように設定される屈折率を有するシリコーン材料、又は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）といったフルオロポリマーで作られている。更に、シリコーン材料及びＰＴＦＥは、支持構造体１０２、１０４内に含まれるヒートシンク（図示せず）に熱を効率的に伝導する。波長変換器１１０は、好適には、Ｃｅドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ、Ｙ_３ＡＬ_５Ｏ_１２）、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）、ＬｕＧａＡＧ又はＬＵＹＡＧでできている。ＹＡＧ、ＬＵＡＧ、ＬｕＧａＡＧ又はＬｕＹＡＧは、光を短波長から長波長に変換する。波長変換器は、本質的に、（Ｍ^Ｉ _{１ーｘ−ｙ}Ｍ^ＩＩ _ｘＭ^ＩＩＩ _ｙ）３（Ｍ^ＩＶ _１−ｚＭ^ｖ _ｚ）_５Ｏ_１２−（ここで、Ｍ^Ｉは、Ｙ、Ｌｕ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙｂ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩＩは、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＶはＡｌであり、Ｍ^Ｖは、Ｇａ、Ｓｃ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１、０＜ｚ＜ｌである）；（Ｍ^Ｉ _{１−ｘ−ｙ}Ｍ^ＩＩ _ｘ，Ｍ^ＩＩＩ _ｙ）_２Ｏ_３−（ここで、Ｍ^Ｉは、Ｙ、Ｌｕ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙｂ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩＩは、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｂｉ、Ｓｂ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１である）；（Ｍ^Ｉ _{１−ｘ−ｙ}Ｍ^ＩＩ _ｘＭ^ＩＩＩ _ｙ）Ｓ_１−ｚＳｅ_ｚ-（ここで、Ｍ^Ｉは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｓｂ、Ｓｎ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩＩは、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜０．０１、０＜ｙ＜０．０５、０＜ｚ＜ｌである）；（Ｍ^Ｉ _{１−ｘ−ｙ}Ｍ^ＩＩ _ｘＭ^ＩＩＩ _ｙ）Ｏ₋（ここで、Ｍ^Ｉは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩＩは、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜０．１である）；（Ｍ^Ｉ _２−ｘＭ^ＩＩ _ｘＭ^ＩＩＩ _２）Ｏ_７−（ただし、Ｍ^１は、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｂａ、Ｓｒ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩＩは、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はその混合物を含む群から選択され、０＜ｘ＜１である）；（Ｍ^Ｉ _１−ｘＭ^ＩＩ _ｘＭ^ＩＩＩ _１−ｙＭ^ＩＶ _ｙ）Ｏ_３−（ただし、Ｍ^Ｉは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩは、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＩＩは、Ｈｆ；Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はその混合物を含む群から選択され、Ｍ^ＩＶは、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ又はその混合物を含む群から選択され、＜ｘ＜０．１、０＜ｙ＜０．１である）；又はその混合物を含む群から選択される材料で作られている。波長変換器に使用できる別の波長変換材料は、量子ドットである。量子ドットは、通常、ほんの数ナノメートルの幅又は直径を有する半導体物質の小さい結晶である。このような量子ドットは、ポリマー（シリコーン、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ）又はセラミック／ガラス性材料といったマトリクス材料に組み入れられる。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放射する。したがって、量子ドットのサイズを適応させることによって、特定の色の光を生成することができる。可視範囲内の発光を有する最も知られている量子ドットは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）といったシェルを有するセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）に基づいている。リン化インジウム（ＩｎＰ）、硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）及び／又は硫化銀インジウム（ＡｇＩｎＳ２）といったカドミウムフリー量子ドットを使用することもできる。量子ドットは、非常に狭い発光帯を示し、したがって、飽和色を示す。更に、発光色は、量子ドットのサイズを適応することによって容易に調整できる。当技術分野において知られている任意のタイプの量子ドットを、本発明に使用してよい。しかし、環境に対する安全及び配慮の理由から、カドミウムフリー量子ドット又は少なくともカドミウム含量が非常に少ない量子ドットを使用することが好適である。有機蛍光体を、波長変換器１１０に使用することもできる。有機蛍光体は、ポリマー（例えばシリコーン、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ）といったマトリクス材料において分子状に溶解／分散していてよい。適切な有機蛍光体材料の例としては、ペリレン誘導体に基づいた有機ルミネッセンス材料であり、例えばＢＡＳＦ社によってＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）の名前で販売されている化合物が挙げられる。適切な化合物の例は、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｆ Ｒｅｄ３０５、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｆ Ｏｒａｎｇｅ２４０、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ０８３及びＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ１７０が挙げられるが、これらに限定されない。

使用時、ＬＥＤ１０６は、第１の波長範囲の光を放射し、当該光は、圧縮可能な光学要素１０８を通り、波長変換器１１０内へと、光入射面を介して導かれる。波長変換器１１０に入る第１の波長範囲の光の一部が、第２の波長範囲の光に変換され、変換処理の後、当該光は、ランダムな方向に放射される。変換された光の一部と、変換されていない部分とは、波長変換器１１０と周囲媒体との界面に衝突する。屈折率の違いにより、波長変換器１１０と光学要素１０８、１１２との界面に衝突する光は、全反射（ＴＩＲ）する可能性が高く、したがって、波長変換器１１０内へと反射されて戻る可能性が高い。波長変換器を出る光は、反射層を含んでいてもよい支持構造体によって反射される。波長変換器１１０の光出射面を、光を放射するように構成し、波長変換器１１０の他の表面を、光を反射するように構成することによって、光は、波長変換器１１０の光出射面に向けられる。波長変換器１１０の光出射面は、ここの例では、波長変換器１１０の光入射面に対して、非ゼロの角度を有する（例えば垂直である）。波長変換器１１０は、実施形態では、ロッドの形状を有する。波長変換器１１０の光出射面の面積は、光入力面よりも小さいので、輝度が増加する。波長変換器１１０内で光が変換されると、エネルギーが消散され、熱が生成される。光学要素１０８、１１２は、有利なことに、上記されたように、ヒートシンク（図示せず）を含む支持構造体１０２、１０４を、波長変換器１１０に熱的に結合させ、熱は、光学要素１０８、１１２を介して伝達され、したがって、波長変換器１１０は冷却される。

図２は、本発明の別の実施形態による照明デバイス２００の側面図である。図１に示される実施形態と比較して、圧縮可能な光学要素１０８、１１２がない。したがって、空隙２０２が、波長変換器１１０と支持構造体の第２の部分１０４との間に形成され、当該空隙に、ＬＥＤ１０６が提供される。空隙２０２は、１００マイクロメートル未満、好適には５０マイクロメートル未満、及び、最も好適には２０マイクロメートル未満である。空隙２０２は、ＬＥＤ１０６と光入射面との光学的接触が妨げられない一方で、波長変換器１１０を支持構造体からある距離に依然として保持するように、ＬＥＤ１０６からある距離に支持構造体１０４に作成される小型支持体（図示せず）によって実現される。空隙２０２は、支持構造体１０２、１０４と波長変換器１１０とを光学的に分離する一方で、依然として、大量の熱伝達を可能にする。これは、空気の薄層は、効率的な熱導体だからである。更に、波長変換器１１０からの熱を、支持構造体の第１の部分に伝導するために、支持構造体の第１の部分１０２と波長変換器１１０との間の空隙を使用することも可能である。支持構造体の第２の部分１０４と波長変換器１１０との間の具現化と同様に、支持構造体と波長変換器１１０との間に、ある距離を作るように、支持構造体の第１の部分１０２に小型支持体（図示せず）が作成される。支持構造体１０２、１０４は更に、ヒートシンク（図示せず）を含み、これにより、支持構造体は、使用時に、波長変換器１１０及びＬＥＤ１０６によって生成された熱を吸収することができる。支持構造体１０２、１０４は、ヒートシンクとして機能してもよい。

支持構造体の第１の部分１０２は、当該第１の部分１０２が、支持構造体の第２の部分１０４に向かって、矢印Ａ１によって示される方向に沿って、固定位置になるように旋回できるように、当該第２の部分１０４に旋回可能に接続される。固定位置は、維持されることで、波長変換器１１０がしっかりと保持される。第１の部分は、ロック機構（図示せず）によって当該固定位置に保持される。ロック機構は、スナップロックといった任意の既知のロック機構、又は、ばね若しくは他の単純な機械式構成要素であってよい。図１に示される実施形態と同様に、第１の部分１０２を、第２の部分１０４から離れるように旋回させることによって、波長変換器１１０は、もはや、第１の部分１０２と第２の部分１０４との間にしっかりと保持されなくなり、これにより、交換可能な波長変換器１１０が、異なる特性を有する別の交換可能な波長変換器に置き換えられる。したがって、波長変換器１１０は、ロック機構を介してロック位置にある支持構造体に離脱可能に接続される。

次に、図３を参照するに、上記２つの実施形態とは異なり、照明デバイス３３０が、一部品である支持構造体３０６を含む本発明の一実施形態が示される。３つのＬＥＤとして示される３つの光源１０６と、波長変換器１１０とがある。波長変換器１１０と支持構造体３０６とは、上記されたように、空隙によって離されている。空隙は、空気の薄層によって、波長変換器からの熱を、ヒートシンク（図示せず）を含む支持構造体に伝導することを可能にする。ＬＥＤ１０６は更に、ヒートシンクと熱接触している。図３に示される実施形態では、支持構造体は更に、２つの突出部３０２を含み、波長変換器は、２つの対応する凹部３０４を含む。これらは、組み合わされて、ロック機構を提供する。突出部３０２は、可撓性があり、又は、波長変換器１１０の挿入を可能にするように成形される。したがって、波長変換器１１０が、ロック位置に向けて支持構造体３０６内に挿入されると、突出部３０２は、一時的に変形されて、その後に、凹部３０４に係合し、これにより、波長変換器の位置が維持される。したがって、ユーザは、波長変換器１１０を支持構造体３０６内に挿入することができる。波長変換器１１０は、突出部３０２と凹部３０４とが互いに係合することによって、固定位置にロックされる。同じように、波長変換器１１０は、少量の力を使用することによって、突出部３０２が凹部３０４からロック解除されて取り外すことができ、これにより、波長変換器１１０は、突出部３０２及び凹部３０４によって形成されるロック機構を介して、ロック位置にある支持構造体に、離脱可能に接続される。支持構造体が反射層を含む応用では、空隙は、したがって、当該反射層と波長変換器との間に形成される。波長変換器及び支持構造体は更に、波長変換器の第１の部分は、支持構造体に接触する一方で、波長変換器の第２の部分は、空隙によって支持構造体から離されているように構成されてもよい。

図４では、図３に示される実施形態と同様に、波長変換器１１０を支持構造体３０６に離脱可能に接続する機構を含む本発明の別の実施形態が示される。図４に示される実施形態では、支持構造体３０６は、図３における実施形態と同様に、突出部３０２を含むが、照明デバイスは更に、波長変換器１１０を部分的に囲み、光源１０６側の光入射面又は光出射面を覆わない熱伝導層４０２を含む。熱伝導層４０２は、波長変換器１１０からの熱を、ヒートシンク（図示せず）を含む支持構造体３０６に伝導するために、支持構造体３０６に接触している。図３に示される実施形態と対照して、熱伝導層４０２は、突出部３０２に対応する凹部を含み、これにより、突出部３０２は凹部と係合して、波長変換器１１０を、突出部３０２及び凹部によって形成されるロック機構を介して、支持構造体３０６に対してロック位置にしっかりと保持する。

当業者によって容易に実現されるように、突出部は、支持構造体における対応する凹部と係合するように、波長変換器１１０から突出するように同様に配置されてもよい。

次に、図５を参照するに、波長変換器１１０を離脱可能に接続する機構を含む本発明の別の実施形態の側面図が示される。照明デバイス５００は、支持構造体５０２と、光源１０６と、圧縮可能な光学要素１０８とを含む。照明デバイス５００は更に、光方向転換要素５０４を含む。波長変換器１１０を、支持構造体５０２に離脱可能に接続するために、波長変換器１１０は、使用時、支持構造体５０２の一部と、光方向転換要素５０４との間にクランプされる。例えばユーザは、波長変換器１１０を、指示矢印Ａ２に沿って挿入する。したがって、波長変換器１１０が置換される場合、波長変換器１１０は、クランプ位置から、反対方向に引くことによって取り外される。なお、波長変換器１１０が固定位置にある場合、光方向転換要素５０４は、波長変換器１１０の光出射面と光学的に接触している。クランピングを容易にするために、支持構造体５０２の一部と光方向転換要素５０４との間の距離は、波長変換器１１０よりも少し大きい。また、ロック機構（図示せず）を使用して、波長変換器を定位置に維持する。更に、支持構造体５０２の一部と光方向転換要素５０４との間の距離は、波長変換器１１０よりも少し小さくて、支持構造体５０２の一部は、波長変換器１１０を挿入できるように少し可撓性があってよい。光方向転換要素５０４は、例えばコリメータ、レンズ、プリズム又は光の方向を転換する任意の他の既知の光学素子であってよい。

別の実施形態では、照明システムが、上記実施形態の何れかによる照明デバイスと、波長変換器の少なくとも１つの特性及び／又は波長変換器の光出射面によって放射される光の少なくとも１つの特性を検出する検出器とを含む。照明システムは更に、検出器と光源とに接続される制御ユニットを含む。制御ユニットは、波長変換器及び／又は波長変換器の光出射面によって放射された光の検出された特性に基づいて、光源を制御する。

検出器は、例えば厚さ、幅又は長さといった波長変換器の幾何学的寸法を検出する。検出器は、これに加えて又は代えて、スペクトル、色又は輝度といった光出力の１つ以上の特徴を検出してもよい。制御ユニットは、この場合、例えば検出された光出力に基づいて光源を駆動し、これにより、必要な光出力、色又はスペクトルが得られるように光源を制御する。検出器は、これの加えて又は代えて、波長変換器の温度を検出する。制御ユニットは、この場合、検出された温度に基づいて光源を駆動し、これにより、例えば過熱を阻止する。光方向転換要素は、例えば光方向転換要素に可撓性がある（例えばシリコーンで作られる）ことによって、又は、光変換器と光方向転換要素との間に、圧縮可能な光学材料を使用することによって、光変換器と光学接触していてもよい。

上記実施形態において説明される波長変換器は、幾つかの実施形態では、本明細書において図示されるものよりも大きい場合も又は小さい場合もある。波長変換器は、支持構造体の様々な部分間の間隙の部分を埋めても、支持構造体から延出してもよい。

本発明は、その特定の例示的な実施形態を参照して説明されたが、多くの様々な変更態様、修正態様等が当業者には明らかとなろう。例えば光源は、好適には、固体光エミッタである。固体光エミッタの例は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）又は例えばレーザダイオードである。固体光エミッタは、比較的費用効果的な光源であり、一般に、高価ではなく、比較的高効率であり、長寿命なので、使用される。使用される固体光源は、その高効率によって、好適には、ＵＶ、紫又は青色光源である。照明デバイスは更に、波長変換器と周囲材料との界面において変換及び反射されない光を、波長変換器に戻すように反射する鏡も含む。照明デバイスは更に、様々な光源を方向転換させる及び／又は組み合わせる追加の光学要素を含んでもよい。

更に、開示される実施形態への変更は、図面、開示内容及び添付の請求項を検討することにより、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実現可能である。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数形を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されることだけで、組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

Claims (15)

1. ロック機構を含む支持構造体と、
   前記支持構造体に接触して配置される光源と、
   第１の波長範囲から第２の波長範囲に光を変換し、光を受け取る光入射面と光を放射する光出射面とを有する波長変換器と、
   を含み、
   前記波長変換器は、前記ロック機構を介してロック位置にある前記支持構造体に離脱可能に接続され、前記光入射面は、前記光源と光学的に接触して配置される、照明デバイス。
2. 前記支持構造体は、前記光源に熱的に結合されるヒートシンクを含む、請求項１に記載の照明デバイス。
3. 前記ヒートシンクは、前記波長変換器に熱的に結合される、請求項２に記載の照明デバイス。
4. 前記波長変換器は、１００マイクロメートル未満、好適には５０マイクロメートル未満、及び、最も好適には２０マイクロメートル未満である空隙によって、前記ヒートシンクから離されている、請求項３に記載の照明デバイス。
5. 前記支持構造体は更に、第１の部分と第２の部分とを含み、前記第１の部分は、前記ロック機構が前記第１の部分を、前記第２の部分に対して固定位置に維持し、これにより、前記波長変換器が前記第１の部分と前記第２の部分との間にしっかりと保持される位置になるように、前記第２の部分に向かって移動可能である、請求項１に記載の照明デバイス。
6. 前記光源と前記波長変換器の前記光入射面との間であって、かつ、前記光源と前記波長変換器の前記光入射面とに接触して配置され、前記光源からの光を前記波長変換器に導く圧縮可能な光学要素を更に含む、請求項５に記載の照明デバイス。
7. 前記圧縮可能な光学要素は、１．４よりも低い、好適には１．２未満の屈折率を有する、請求項６に記載の照明デバイス。
8. 前記波長変換器と前記支持構造体との間であって、かつ、前記波長変換器と前記支持構造体とに接触して配置される圧縮可能な光学要素を更に含み、前記圧縮可能な光学要素は、前記圧縮可能な光学要素と前記波長変換器との界面において屈折される光を反射する、請求項４に記載の照明デバイス。
9. 前記圧縮可能な光学要素の厚さは、１００マイクロメートル未満であり、好適には２０マイクロメートル未満である、請求項６又は８に記載の照明デバイス。
10. 前記圧縮可能な光学要素は、熱伝導性であり、好適には約１Ｗ／ｍＫを上回る熱伝導率を有する、請求項６又は８に記載の照明デバイス。
11. 前記支持構造体は、第２の部分に旋回可能に接続される第１の部分を含み、前記第１の部分は、ロック位置となるように、前記第２の部分に向かって旋回可能であり、これにより、前記波長変換器が前記第１の部分と前記第２の部分との間にしっかりと保持される、請求項１に記載の照明デバイス。
12. 前記支持構造体は更に、突出部を含み、前記波長変換器は、前記突出部に対応する凹部を含み、前記突出部は、前記波長変換器を前記支持構造体に対してロック位置にしっかりと保持するように前記凹部に係合する、請求項１に記載の照明デバイス。
13. 前記支持構造体は更に、突出部を含み、前記波長変換器は更に、前記波長変換器を部分的に取り囲む熱伝導層を含み、前記熱伝導層は、前記波長変換器が前記支持構造体に接続されると、前記支持構造体に接触し、前記熱伝導層は、前記突出部に対応する凹部を含み、前記突出部は、前記波長変換器を前記支持構造体に対してロック位置にしっかりと保持するように前記凹部に係合する、請求項１に記載の照明デバイス。
14. 前記光出射面に光学的に接続され、前記波長変換器を、光方向転換要素と前記支持構造体との間に離脱可能に保持する前記光方向転換要素を更に含む、請求項１に記載の照明デバイス。
15. 請求項１乃至１４の何れか一項に記載の照明デバイスを含む照明システムであって、
    前記波長変換器の少なくとも１つの特性、及び／又は、前記波長変換器の前記光出射面によって放射される光の少なくとも１つの特性を検出する検出器と、
    前記検出器及び前記光源に接続され、前記波長変換器及び／又は前記波長変換器の前記光出射面によって放射される光の検出された前記特性に基づいて、前記光源を制御する、制御ユニットと、
    を含む、照明システム。
    

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