JP2019523990A - パターン化された色変換媒質を備えるデバイスおよびその作製方法 - Google Patents

パターン化された色変換媒質を備えるデバイスおよびその作製方法 Download PDF

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Abstract

発光素子、少なくとも部分的に発光素子を取り囲む色変換媒質、および、発光素子および色変換媒質と重なり整合して位置決めされた透明なレンズを備える光学組立体が、ここに開示されている。２つの基材間にリング状のパターンで配置された色変換媒質を備える色変換組立体も、ここに開示されている。色変換媒質でパターン化された第１の表面、および、第１の表面上に配設されて色変換媒質を少なくとも部分的に包封する反射層を有する基材を備える光変換デバイスが、さらに、ここに開示されている。そのような組立体およびデバイスを備える表示デバイス、照明デバイスおよび電子デバイスも、ここに開示されている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年６月８日に出願された米国特許仮出願第６２／３４７,３５１号のアメリカ合衆国法典第３５巻「特許法」第１１９条に基づく優先権の恩恵を主張するものであり、その内容は、その全体が参照により依拠され、本明細書に援用される。
本開示は、全体的に、パターン化された色変換媒質を備えるデバイス、より詳細には、レンズ、色変換媒質、および／または光源のうちの少なくとも２つを備える光学組立体、ならびに、そのような組立体を備える表示デバイスおよび照射デバイスに関する。
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、一般的に、携帯電話、ラップトップ、電子式タブレット、テレビ、およびコンピュータモニターなど、様々な電子品において使用されている。従来のＬＣＤは、典型的には、燐光体または量子ドット（ＱＤ）など、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）および色変換要素を備える。ＬＥＤは、照明器具など、照明用途において色変換要素と組み合わせて使用されることもある。例えば、ＬＥＤからの青色光は、該青色光が通過するときにこの光の一部を緑色光および／または赤色光に変換することがある色変換媒体を介して導くことができる。青色光、緑色光、および赤色光の組み合わせは、白色光として人間の眼によって察知される。
燐光体およびＱＤなど、色変換要素は、光を変換する際に１００％量子効率があるわけではなく、光エネルギーの一部は、熱として色変換要素によって吸収されることがある。さらに、色変換プロセス自体では、より短い波長がより長い波長に変換されるときに、例えば、ストークスシフトに起因して熱を生成することがある。いくつかの実例において、吸収された光の最大２０から４０％までが熱に変換される。余分な熱が色変換要素を劣化させることがあるので、適当な冷却通路またはヒートシンク通路を確立して、生成された熱を放散させて色変換要素を所望の運転温度内に維持することが重要であり得る。燐光体材料は、中温（例えば、最大約３００℃まで）で動作できることがあるが、ＱＤ材料は、非常に感温性であるので約１００℃を超える温度で劣化が生じることがある。
ＱＤの温度感度に起因して、従来のバックライトユニット（ＢＬＵ）は、一般的に、ＱＤとＬＥＤの近接および／または直接的な接触を回避するように構成されている。そのような構成は、「遠隔」構成と呼ばれることがある。例えば、図１のＬＣＤ組立体に示されるように、ＱＤは、ガラスまたは高分子チューブ、毛細管、シートまたは膜、例えば、ＱＤ向上膜（ＱＤＥＦ）１）の形で供給されることが多い。ＱＤは、プリント回路基板（ＰＣＢ）３上に配設されたＬＥＤ２のアレイ上方（ただし、直接に物理的に接触せず）に設けることがある。したがって、ＬＥＤ２から出射された光４は、液晶（ＬＣ）パネル５まで進むときにＱＤを通過することができる。ＢＬＵ６は、ＰＣＢに装着されたヒートシンク７をさらに備えることができ、ヒートシンク７は、ＬＥＤ２によって生成された熱を放散させることがある。
しかしながら、これらの組立体では、十分な冷却が得られないことがあり、というのも、ＱＤからの熱は、主に、ＬＥＤとＱＤＥＦとの間の隙間を通過する自由なまたは強制的な対流空気力８によって放散されるからである。ＱＤＥＦ自体は、相対的に不良な熱導体であるのでヒートシンク７との直接の熱接触から恩恵を受けない。この点を踏まえて、ＬＣＤ組立体は、ＱＤを熱劣化から保護するためにより低い光強度および／または電力で操作されることがあり、これによって、結果的に、望ましくないほどに表示輝度または照明輝度の全体的な低減が生じることがある。さらに、そのような組立体では、結果的に有意な材料浪費となり得、というのも、ＱＤは、アレイ内の各個のＬＥＤにわたってのみ個別に位置決めされるのではなくＬＥＤアレイ全体にわたって均一に分散されるからである。
したがって、材料浪費を低減することができるパターン化された色変換媒質を備える装置を提供すれば有利であると思われ、結果的に、そのような装置のコストが下がる。色変換媒質によって生成された熱を放散させることができるヒートシンク通路または他の冷却機構を含む装置も提供すれば有利であろう。
本開示は、様々な実施の形態において、光学組立体に関し、光学組立体は、基材の第１の表面上に配設された発光素子、基材の第１の表面上に配設された色変換媒質を含むリング構造体、および、発光素子および色変換媒質と重なり整合して位置決めされた透明なレンズを備え、色変換媒質は、発光素子から離間されて発光素子を少なくなくとも部分的に取り囲む。そのような組立体または組立体アレイを備える表示デバイス、照明デバイス、および電子デバイスも、ここに開示される。
本開示は、さらに色変換組立体に関し、色変換組立体は、色変換媒質を含む少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された第１の基材および第２の基材を含むサブアセンブリ、および、サブアセンブリと重なり整合して位置決めされた透明なレンズを含み、少なくとも１つの空洞が、連続したリング状の空洞、または、不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を含み、透明なレンズは、凸面を備え、凸面の少なくとも一部は、等角螺旋湾曲部を備える。色変換組立体および少なくとも１つの発光素子を備える光学組立体、ならびに、そのような組立体を備える表示デバイス、照明デバイス、および電子デバイスが、さらに、ここに開示される。
色変換組立体も、ここに開示され、色変換組立体は、色変換媒質を含む少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された透明な基材および反射基材を備え、少なくとも１つの空洞が、連続したリング状の空洞、または、不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を含む。色変換組立体および少なくとも１つの発光素子および／または透明なレンズを備える光学組立体、ならびに、そのような組立体を備える表示デバイス、照明デバイス、および電子デバイスが、さらにここに開示される。
光変換デバイスが、さらに、ここに開示され、光変換デバイスは、第１の表面および対向する発光面を有する透明な基材、第１の表面上に配設された色変換媒質、および、第１の表面上に配設されて色変換媒質の少なくとも一部を包封する反射層を備える。発光素子に光学的に結合された光変換デバイスを備える導光体組立体も、ここに開示される。色変換組立体を作製する方法が、尚もさらに、ここに開示され、方法は、色変換媒質を透明な基材の第１の表面上でパターン化するステップ、および、保護層を第１の表面上に堆積させて色変換媒質の少なくとも一部を包封するステップを含む。基材または保護層の一方は、反射材料を含む。
本開示のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な記載において述べられ、ある程度、その記載から当業者には容易に明らかになるか、または、以下の詳細な記載、特許請求の範囲、ならびに添付図面を含め、方法をここに記載されるように実施することによって認識されよう。
前出の概要および以下の詳細な記載の両方は、本発明の様々な実施の形態を提示し、請求項の性質及び特性を理解するための概要つまりフレームワークを提供することが意図されていることを理解すべきである。添付図面は、本開示のさらなる理解をもたらすために含まれ、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を成す。図面は、様々な実施の形態を説明し、記載とともに、本開示の原理及び作用を説明する役目をする。
以下の詳説された記載は、可能であれば、同様の数字が同様の要素を参照するために使用される添付図面に関連して読むときにさらに理解され得る。
例示のＬＣＤ組立体を示す図 本開示の様々な実施の形態によるレンズの断面図 本開示の様々な実施の形態によるレンズの断面図 本開示の様々な実施の形態によるレンズの断面図 本開示のさらなる実施の形態によるレンズ内の全反射（ＴＩＲ）を示す概略図 回転軸周りの図３Ａの曲線の回転によって形成された例示のレンズの局所的表面図 本開示の様々な実施の形態による回転対称のレンズを構築するために使用された座標系 本開示のさらなる実施の形態による一定の入射角曲線を示す図 本開示の特定の実施の形態による線状レンズの斜視図 本開示のさらなる実施の形態によるレンズのアレイを示す図 本開示の様々な実施の形態による光学組立体を示す図 本開示のさらなる実施の形態による光学組立体のアレイを示す図 本開示の代替実施の形態による光学組立体を示す図 本開示の代替実施の形態による光学組立体を示す図 本開示の代替実施の形態による光学組立体を示す図 パターン化色変換組立体の平面図 パターン化色変換組立体の断面図 本開示の非限定的な実施の形態によるＢＬＵ組立体を備える例示の表示デバイスを示す図 パターン化色変換媒質を備える例示の導光板（ＬＧＰ）を示す図 パターン化色変換媒質を備える例示の導光板（ＬＧＰ）を示す図 パターン化色変換媒質を備える例示の導光板（ＬＧＰ）を示す図 パターン化色変換媒質および反射層を備える例示の光変換デバイスを示す図 パターン化色変換媒質および反射層を備える例示の光変換デバイスを示す図 パターン化色変換媒質および反射層を備える例示の光変換デバイスを示す図
本開示の様々な実施の形態をここで図２から図１６を参照して論じるが、図２から図１６は、レンズ、発光素子、光変換デバイス、および、そのようなデバイスを備える光学組立体の例示の実施の形態を示す。これらのデバイスおよび組立体を備える表示デバイスおよび照明デバイスも、ここに開示される。以下の概要は、請求項のデバイスの概要を示すことが意図され、様々な態様が、非限定的な図示する実施の形態を参照して本開示を通してより具体的には論じられ、これらの実施の形態は、本開示の文脈内において互いに交換可能である。
レンズ
接触面、凸面、および、その間で配設された中央領域を備えるレンズが、ここに開示され、凸面は、中央領域内へ延びる陰のアキシコン窪みを備える。陰のアキシコン窪みは、例えば、約１５°から約４０°の範囲の円錐形半角を有する中空円錐形領域を備えることができる。接触面、凸面、および、その間で配設された中央領域を備えるレンズも、ここに開示され、凸面の少なくとも一部は、等角螺旋湾曲部を備える。特定の実施の形態において、レンズは、線状または回転対称であってもよい。レンズを構築してもよい適切な材料としては、ガラスおよびプラスチックなど、光透過材料が挙げられる。
図２Ａは、本開示の実施の形態による例示のレンズ１００の断面図を示す。レンズ１００は、接触面１０１、凸面１０２、および、その間で配設された中央領域１０３を備えることができる。凸面１０２は、陰のアキシコン窪み１０４を、例えば、頂点にまたは頂点の近くに備えることができ、この窪み１０４は、中央領域１０３内へ延びることができる。いくつかの実施の形態において、陰のアキシコン窪み１０４は、接触面１０１の方を指し示す頂点１０７を有しても差し支えない。以下でさらに詳細に論じられるさらなる実施の形態において、凸面１０２は、接触面１０１に交わるために完全に延びたりしないように切端しても差し支えない。このような実施の形態において、（任意選択的に反射層でコーティングされた）切端面１０５は、接触面１０１および凸面１０２を接続してもよい。さらに、接触面１０１は、非限定的な実施の形態において、以下でもさらに詳細に論じられる１つ以上の窪みつまり切り抜き部１０６も備えても差し支えなく、切り抜き部１０６は、光源を光学組立体内に収容するために任意選択的に設けても差し支えない。
本明細書で使用されるとき、「凸状の」という用語は、例えば、接触面が平面であるときに中央部にてよりも外縁部にての方が肉薄であるレンズを画定する表面の形状を示すことが意図されている。いくつかの実施の形態において、第２の凸面は、外に湾曲する、つまり、レンズの第１の表面の平面の中心線から外方に延びる表面、例えば、半球形または半楕円体形状として想定してもよい。レンズの凸面は、円形ドーム部として想定しても差し支えなく、円形ドームの寸法は、完全に円形、半球形、または半楕円体である必要はない。
図２Ｂに示されるように、「凸」面は、レンズ１００の垂直中心線１０８周りに回転対称であってもよい。例えば、示されるように、凸面１０２は、例えば、典型的なレンズの場合と同様に回転対称の半球を備えてもよい。しかしながら、楕円形状、放物線状などの他の形状、または、中央線の周りで１Ｄプロファイル関数を回転することによって生成された２Ｄ面も、可能であり、本開示の範囲内に入ることが意図されている。１Ｄプロファイル関数をスプラインによって生成してもよく、および／または、勾配が連続的でなくてもよい。レンズの中央線周りに回転対称である凸面は、また、標準非球面垂み方程式またはフォーブス非球面多項垂み方程式によって記述しても差し支えない。これらの方程式が記述する表面の垂みは、その法線との表面交差部での中央線に垂直な平面からの通常の距離である。凸面の垂みは、主に中心線からの距離とともに大きさが増加し、レンズをレンズの縁部にてレンズの中央部よりも肉薄にする兆候を有する。一部の半径方向の領域において、レンズは、レンズからの半径方向の距離とともに肉厚になることがあるが、主に縁部での方が肉薄である。
「凸状の」という用語は、垂直中心線周りに回転対称である表面に限定されないことを理解すべきである。非対称形の表面形状であれば、異なる照射プロファイルを提供する上で有益である可能性がある。この形状を記述する方程式は、標準的な垂み方程式ではないことがあり得るが、光加工の分野で使用される自由曲面形状を説明することがある。「凸状の」という用語は、連続的である表面に限定されないことも理解すべきである。表面は、また、異なる空間領域の垂みが異なる方程式によって定義される合成表面であってもよい。
図２Ｃは、図２Ａの領域Ｃの詳細図を示し、領域Ｃは、陰のアキシコン窪み１０４を含む。本明細書で使用されるとき、「陰のアキシコン窪み」という用語は、コリメート光をそらすことができる中空円錐形領域を示すことが意図されており、中空円錐形領域は、実質的に円錐の形状のレンズの凸面へのインデントつまり窪みとして想定されることがある。様々な実施の形態によれば、円錐部の垂直中心線１０９は、凸面の垂直中心線と整合されるかまたは実質的に整合されるか、または、凸面の垂直中心線に平行であるかまたは実質的に平行であるように空間的に配向しても差し支えない（図２Ｂの１０８を参照）。「陰の」という用語は、軸方向の線集光を空間に形成するために円錐部に入射したコリメート光を収束する陽のアキシコンレンズとは対照的に、円錐面が円錐部に入射したコリメート光をそらすレンズ形状を形成することを示すために使用されている。ちょうど、光学システム内の球面が性能を向上させるために形状が若干非球面であるように設計することができるように、円錐部の形状も、性能を向上させるために、および／または、製造を簡素化するために完全な円錐から逸脱させることができる。
例えば、特定の実例において、完全に鋭い点または頂点１０７を有する陰のアキシコン窪み１０４を加工することは困難であり得る。したがって、いくつかの実施の形態において、窪み１０４は、例えば、図２Ｃに示されるように、尖っていない、つまり、円形の湾曲部を有する頂点１０７を有してもよい。したがって、円形の頂点１０７は、完全な円錐のような単点によって画定された「幅」を有する代わりに、０よりも大きい幅ｗを有してもよい。しかしながら、尖っていない、つまり、円形の頂点１０７は、一部の光が浅い角度で通過することを可能にすることがあり、例えば、その結果、この領域において好ましくない光露出が発生することに留意すべきである。頂点１０７は、尖鋭度を増大させるように機械加工または鋳型成形されることがあるが、いくつかの実施の形態において、この影響を打ち消すために陰のアキシコン窪みの１つ以上の表面を変えることも可能であることがある。例えば、光が後方に反射して、恐らく異なる経路を移動して、異なる点でレンズを抜け出すように反射することができるように反射膜（図示せず）を円錐部の円形の頂点の少なくとも一部に堆積してもよい。円形の頂点１０７の少なくとも一部は、また、コーティング、または、円錐部の頂点内へ貼付されるかまたは押し進められた小さいボールまたは球などの固体によって遮断してもよい。
様々な実施の形態によれば、陰のアキシコン窪み１０４は、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約２０°から約３５°、または、約２５°から約３０°など、約１５°から約４０°の範囲である円錐形半角βを有してもよい。本明細書で使用されるとき、「円錐形半角」という用語およびその変形は、円錐部の最外点ｘおよび円錐部の垂直中心線を離断する線１１０と円錐部の垂直中心線１０９によって形成された角度を示すことを意図している。上述されたように、窪み１０４は、完全に円錐形である必要はなく、辺は、完全に線状でなくてもよい。例えば、図２Ｃに示されるように、円錐部の辺は、円錐部の垂直中心線の方に内方に湾曲してもよいか、または、他の実施の形態において、外方に弓形に曲がってもよい（図示せず）。
レンズ１００は、平凸、例えば、実質的に平面である接触面１０１を有すると図２Ａから図２Ｃに示されているが、第１の表面が非平面であることも可能であることに留意すべきである。（例えば、約１００ｍｍよりも大きい曲率の半径を有する）若干凸状の接触面が、一部の実例において、「後方の」（例えば、ユーザーから離れる）方向での屈折減少など、向上した光学的性質を提供してもよい。しかしながら、実際上は、作製の容易さなど、平凸レンズの方が簡単に光学組立体に実装されることがある。いくつかの実施の形態において、接触面は、平面または実質的に平面であっても差し支えない。さらに、図２Ｂは、レンズの垂直中心線１０８周りに回転対称である球形形状を有する接触面１０１を示すが、接触面１０１は、レンズの垂直中心線周りで回転非対称であってもよく、非球面および／または自由曲面形状を有してもよいことを理解されたい。先述されたように、接触面１０１には、光源、色変換媒質、回路などの光学構成要素に収容することが意図された１つ以上の窪みまたは切り抜き部１０６を設けてもよい。
レンズ１００の全高（または、厚さ）および／または直径は、例えば、レンズ１００が使用されることが意図されている光学組立体の寸法に左右されることがある。例えば、レンズの直径は、レンズを光学的に結合してもよい光源の寸法（例えば、直径、長さおよび／または幅）よりも大きいように選んでもよい。単に説明目的のために、全体的なレンズ高さ（または、厚さ）は、非限定的な実施の形態において、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約０．１ｍｍから約２０ｍｍ、約０．２ｍｍから約１５ｍｍ、約０．５から約１０ｍｍ、約１ｍｍから約８ｍｍ、約２ｍｍから約７ｍｍ、約３ｍｍから約６ｍｍ、または、約４ｍｍから約５ｍｍの範囲であってもよい。同様に、レンズの直径は、例えば、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約１ｍｍから約１００ｍｍ、約５ｍｍから約９０ｍｍ、約１０ｍｍから約８０ｍｍ、約２０ｍｍから約７０ｍｍ、約３０ｍｍから約６０ｍｍ、または、約４０ｍｍから約５０ｍｍの範囲であっても差し支えない。
レンズの寸法および／または形状は、レンズに光学的に結合された光源によって出射された光の所望の光学経路にも左右されることがある。例えば、図３Ａを参照すると、凸状のレンズ面１０２の湾曲部は、レンズに光学的に結合された光源（例えば、ＬＥＤ）１１１から出射された光１１０が臨界角よりも大きい角度で凸面１０２を当たって全反射（ＴＩＲ）に起因してレンズ内に「閉じ込められる」ように設計することができる。本明細書で使用されるとき、「光学的に結合」用語は、光源が光をレンズに導入または注入するようにレンズに対して位置決めされていることを示すことが意図されている。光源は、たとえ構成要素と物理的に接触しないとしても、レンズ、導光板（ＬＧＰ）または他の基材などの構成要素に光学的に結合してもよい。
全反射（ＴＩＲ）は、第１の屈折率を備える第１の材料（例えば、ガラス、プラスチックなど）内で伝播する光が第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を備える第２の材料（例えば、空気など）との接続部で全反射され得る現象である。ＴＩＲは、スネルの法則を使用して説明することができ、
ｎ１ｓｉｎ（θｉ）＝ｎ２ｓｉｎ（θｒ）
スネルの法則では、異なる屈折率の２つの材料間での接続部での光屈折を記述している。スネルの法則により、ｎ１は、第１の材料の屈折率であり、ｎ２は、第２の材料の屈折率であり、Θｉは、接続部の法線に対して接続部で入射する光の角度（入射角）であり、Θｒは、法線に対する屈折光の屈折角である。屈折角（Θｒ）が９０°、例えば、ｓｉｎ（Θｒ）＝１であるとき、スネルの法則は、以下と表すことができる：
θｃ＝θｉ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）
これらの条件下の入射角Θｉは、臨界角Θｃとも呼ぶことがある。臨界角よりも大きい入射角（Θｉ＞Θｃ）を有する光は、第１の材料内で全反射することになり、一方、臨界角以下の入射角（Θｉ≦Θｃ）を有する光は、第１の材料によって透過されることになる。
空気（ｎ１＝１）とガラス（ｎ２＝１．５）との間の例示の接続部の場合、臨界角（Θｃ）は、４１°として計算することができる。したがって、ガラス内で伝播する光が４１°よりも大きい入射角で空気とガラスの接続部に当たる場合、全ての入射光は、入射角に等しい角度で接続部から反射することになる。反射光が第１の接続部と全く同じ屈折率関係を備える第２の接続部に遭遇する場合、第２の接続部に入射した光は、やはり、入射角に等しい反射角で反射することになる。
したがって、ここに開示されたレンズは、界面の状態の変化がない限り、または、界面の状態の変化があるまで、例えば、光源によってレンズに注入された光が繰り返しレンズ内で伝搬し、凸面１０２に沿ってまたは代替的に接触面１０１と凸面１０２との間で反射することができるように光を「閉じ込める」ように構成してもよい。いくつかの実施の形態において、図３Ａを参照すると、凸面１０２の湾曲部は、光源１１１から出射された実質的に全ての光１１０が、Θｉ＞Θｃである場合、光源自体上の起点に関係なく、入射角Θｉで凸面を当たるように設計してもよい。例えば、光源１１１の上部コーナー（図３Ａに示される右上コーナー１１３）から出射された光１１０は、最小入射角をレンズの凸面１０２に対して有してもよく、したがって、レンズは、光源１１１上のこの位置から出射された光さえ、臨界角Θｃよりも大きい入射角Θｉを有するように構成してもよい。
図３Ａを参照すると、例えば、色変換媒質１１２に入射した反射光が臨界角Θｃを下回る角度で順方向に散乱されるように変更されたの接続部状態の領域をもたらすために色変換媒質１１２を光源１１１の外周部の周りに分配させることができる。この点を踏まえて、光１１０が透過光１１０'としてレンズを抜けることができるように、色変換媒質１１２が分配されている領域においてＴＩＲが「破断」または中断されることがある。そのような配置は、開示された構成を採用する光学組立体が高温で動作することができるように、色変換媒質自体のヒートシンク通路を（例えば、色変換媒質（図示せず）より下方のＰＣＢを介して）もたらすというさらなる利点を有することもある。さらに、光源１１１からの光１１０が反射しておよび／または色変換媒質１１２を通過する前に空間的に拡開するので、色変換媒質は、光束密度の低減に晒されることがあり、つまり、光学組立体は、従来技術構成と比較するとより高い光強度で操作することができる。上記および他の潜在的な利点は、開示された光学組立体を参照して以下でさらに詳細に論じられる。
凸レンズ表面曲率の右半分のみ（ならびにＬＥＤ１１１および色変換媒質１１２の対応する半分）が図３Ａに示されていることに留意すべきである。レンズの垂直中心線１０８（この場合は、また、対称軸）周りの曲線の回転によって、図３Ｂに示されるトポグラフィを有する凸状のレンズ面１０２が生成されることになる。さらに、図２に示されるように、図３Ａの凸面１０２は、接触面１０１と交わるために完全に延びたりしないように切端されている。特定の実施の形態において、この領域の光の抜けを防止するために反射層１１４で切端面（ラベル付けなし）をコーティングしても差し支えない。
非限定的な実施の形態によれば、レンズは、Θｉ＝ｋ＞Θｃである場合、光源から出射された実質的に全ての光が一定の入射角Θｉにて凸面１０２に当たるように構成してもよい。図３Ａを再び参照すると、凸面１０２の一定の入射角曲線ｒ（Θ）は、光源の右上コーナー１１３（図示通り）または左上コーナー（図示せず）と定義された原点を有する座標系を定義することによって構築することができる。
図４に示されるように、曲線ｒ（Θ）に対する接線ベクトル
Figure 2019523990
は、方程式（１）を使用して描写することができ：
Figure 2019523990
式中、
Figure 2019523990
は、光線の方向を表す単位ベクトルであり、
Figure 2019523990
は、
Figure 2019523990
と直交する単位ベクトルである。
Figure 2019523990
および
Figure 2019523990
の内積は、方程式（２）によって表すことができ：
Figure 2019523990
式中、αは、
Figure 2019523990
と
Figure 2019523990
との間に形成された角度である。入射角がαを補うものであるので、方程式（２）は、以下の方程式（３）として書き換えることができる：
Figure 2019523990
方程式（３）は、微分方程式（４）を極座標で提示するためにさらに簡素化することができる：
Figure 2019523990
方程式（４）の解は、方程式（５）によって表現され：
Figure 2019523990
式中、ｒ（０）は、Θ＝０での曲線ｒ（Θ）の開始点つまり原点である。
図５は、凸状のレンズ面１０２の例示の一定の入射角湾曲部を示し、ｒ（０）＝０．４ｍｍ、およびΘｉ＝４２°である。光源１１１から出射された光の角度Θの範囲（０＜Θ＜π）が示されており、各々、結果的に、レンズの凸面と入射角Θｉ＝４２°となる。角度Θ＞πについては、一定の入射角曲線は、対数螺旋、等角螺線、または成長螺旋とも呼ばれる螺旋を画定することになることに留意すべきである。この点を踏まえて、一定の入射角湾曲部を有する凸面１０２は、等角螺旋湾曲部を有する少なくとも１つの領域を備えてもよい。いくつかの実施の形態において、凸面の実質的に全ては、等角螺旋湾曲部を有してもよい。他の実施の形態において、凸面の一部は、（例えば、切端面を有するレンズの場合）等角螺旋湾曲部を有してもよい。
光線は、レンズの頂部に沿って進む傾向があり、光線は、光源１１１に近接した隙間１１５を残すことがあることにさらに留意すべきである。この点を踏まえて、光学組立体から放射する光は、光源１１１の周りの外周部を形成する光のリングとして察知されることがあるが、一部の光は、また、上述されたように、陰のアキシコン窪みに対応する中央領域で漏出することがある。レンズ頂点は、所望であれば、そのような光露出を低減または排除するために、機械加工、鋳型成形、または、その他の方法で（例えば、反射層で）修正しても差し支えない。
（０＜Θ＜π）の曲線ｒ（Θ）のピークは、角度Θｐ＝Θｉ＋π／２として表すことができる。このピークの直角座標は、方程式（６ａおよび６ｂ）によって表現することができ：
Figure 2019523990
Figure 2019523990
ｙ軸の右寄りの凸面の境界つまり最大限界１１６は、角度Θｉで発生する。この点を踏まえて、この一番右の点の直角座標は、方程式（７ａおよび７ｂ）によって表すことができる：
Figure 2019523990
Figure 2019523990
ｘｒの値を使用して、レンズに光学的に結合することができる光源の最大半径を求めることができる。
図２から図３は単一光源と光学的に結合するように構成された回転対称（例えば、半球）レンズ１００を示すが、レンズを１つ超えの光源に結合してもよい他の構成を採用してもよいことに留意すべきである。例えば、図６に示されるように、線状レンズ１００'は、対称型レンズ１００について先に定義されたものと類似の接触面１０１'および凸面１０２'を有しても差し支えない。さらに、いくつかの実施の形態において、線状レンズ１００'の凸面１０２'は、同様に、一定の入射角湾曲部（等角螺旋湾曲部）を有するように設計しても差し支えない。さらに、レンズ１００'は、図示されるような二重ローブ構成（Ａ’−Ｂ’）または単一ローブ構成（Ａ’またはＢ’）を有しても差し支えない。いくつかの実施の形態において、光学組立体の作製中、別個のローブＡ’およびＢ’をともに接合して二重ローブ構成を形成してもよい。二重ローブ（Ａ’−Ｂ’）線状レンズを光源アレイ１１１'と重なり整合して配置しても差し支えないか、または、各別個のローブ（Ａ’、Ｂ’）を各々光源アレイ１１１'の片側と重なり整合して位置決めしても差し支えない。
図６に示す線状レンズ１００'は、少し例を挙げれば、押出し、成型、鋳造または打抜き加工など、当技術分野において既知の任意の方法を使用して形成しても差し支えない。同様の製造プロセスを使用して、回転対称のレンズ１００またはそのようなレンズのアレイを作製しても差し支えない。そのような例示のアレイが図７に示されており、図７において、各個のレンズ１００は、付随するＬＥＤアレイにおいて各個の光源（図示せず）に対応する開口つまり窪み１０６を備えてもよい。
光学組立体
発光素子および／または色変換媒質の少なくとも１つと組み合わせた先述されたような少なくとも１つのレンズを備える光学組立体もここで開示される。レンズは、ＬＥＤなど、少なくとも１つの光源に光学的に結合してもよい。光学組立体は、レンズ、および、燐光体、量子ドットおよび／またはルミフォア、例えば、蛍光体および／または発光ポリマーなど、少なくとも１つの色変換要素を備える色変換媒質も備えてもよい。非限定的な例示の光学組立体としては、少し例を挙げれば。バックライトユニット（ＢＬＵ）、導光板（ＬＧＰ）、色変換素子、発光素子、光変換デバイスまたは照明器具を挙げてもよい。
様々な実施の形態において、光学組立体は、基材の第１の表面上に配設された発光素子、基材の第１の表面上に配設された色変換媒質を備えるリング構造体、および、発光素子およびリング構造体と重なり整合して位置決めされる透明なレンズを備え、色変換媒質は、発光素子から離間されて発光素子を少なくとも部分的に取り囲む。そのような組立体のアレイもここで開示される。
図８を参照すると、非限定的な例示の光学組立体が示され、非限定的な例示の光学組立体は、レンズ１００、光源１１１、および色変換媒質１１２を備える。組立体は、リング構造体１１７をさらに備えてもよく、リング構造体１１７は、いくつかの実施の形態において、色変換媒質１１２が収容された空洞１２０を画定する第１の基材１１８および第２の基材１１９を備える。リング構造体１１７は、光源１１１を少なくとも部分的に位置決してもよい窪み１２１をさらに画定してもよい。プリント回路基板（ＰＣＢ）１２２も設けてもよく、プリント回路基板（ＰＣＢ）１２２に、光源１１１を取り付けてもよい。ヒートシンク１２３もＰＣＢに装着してもよく、ヒートシンク１２３は、熱を光源および／または色変換媒質から放散させる１つ以上のサーマルバイア（図示せず）を含んでも差し支えない。１つ以上の接着剤層（図示せず）が、任意選択的に光学組立体構成要素の２つ以上間に存在してもよい。光線１１０および透過された光線１１０'の例示の経路が、説明目的のために含まれている。
レンズ１００は、先述されたように、接触面１０１および凸面１０２を備えても差し支えない。凸面１０２は、陰のアキシコン窪み１０４を含んでも差し支えなく、陰のアキシコン窪み１０４は、接触面１０１の方を指し示す頂点１０７を有しても差し支えない。様々な実施の形態によれば、レンズ１００は、光源１１１および／または色変換媒質１１２と重なり整合して位置決めしてもよい。様々な実施の形態において、レンズ１００の頂点１０７は、光源１１１の垂直中心線と整合させてもよい。さらなる実施の形態において、レンズ１００の外周部は、色変換媒質１１２の外周部と整合させてもよい。接触面１０１は、リング構造体１１７（例えば、第１の基材１１８）と物理的に接触して位置決めしても差し支えなく、および／または、接着剤層（図示せず）によって、リング構造体１１７に接着してもよい。図８には図示されていないが、接触面１０１は、光源１１１を少なくとも部分的に位置決めしてもよい１つ以上の窪みまたは切り抜き部を含んでもよい（例えば、図２Ａから図２Ｂの１０６および図１０を参照）。
様々な非限定的な実施の形態によれば、色変換媒質１１２は、例えば、色変換リングが光源を少なくとも部分的に取り囲むように、光源１１１の周りにリング状のパターンで配置してもよい。そのようなリング形状は、光学組立体の断面のみを示す図８からは認識されないかもしれないが、リング状の色変換媒質のさらなる実施例が、図９および図１３Ａから図１３Ｂに示されている。しかしながら、「リング」という用語は、円形パターンのみに限定されず、長円形、四角、矩形、および他の形状を含んでもよいことに留意すべきである。この点を踏まえて、「リング」は、光源１１１の周りに延びる任意の規則的または不規則な外周部でも画定してもよい。さらに、「リング」または外周部は、単一のリング状の空洞の場合のように連続的である必要はない。むしろ、リングは、リング状のパターンで配置された複数の空洞間の空間の場合のように、１つ以上の隙間を収容してもよい。
さらなる実施の形態によれば、色変換媒質１１２のリングは、光源１１１から離間させてもよい、例えば、光源と物理的に接触していなくてもよい。しかしながら、他の非限定的な実施の形態において、リングは、光源の側面に触れるかまたは頂部を覆うことを含め、光源に少なくとも部分的に接触してもよい。特定の実施の形態において、色変換媒質１１２を光源１１１から離間させてこれらの２つの構成要素間の熱伝達を低減することが好都合であることがある。
様々な実施の形態において、色変換媒質は、光源の外周部の周りに延びる平面に配置してもよい。色変換媒質は、いくつかの実施の形態において、光源と同じ水平面にあってもよい。色変換媒質が光源と同じ水平面に配置され、また光源を取り囲む場合、光源は、光を色変換媒質の平面に直に出射しないかもしれない。むしろ、光源から直に出射された光は、まず透明なレンズの凸面から反射してもよく、その後、光源の平面、例えば、色変換媒質の平面へ再方向づけされてもよい。この点を踏まえて、非限定的な実施の形態において、色変換媒質は、光源から直に出射された光線に晒されず、むしろ、レンズによって１つ以上の回数再方向づけされた反射光線に晒される。
色変換媒質のリングは、様々な構造およびその組み合わせを使用して生成してもよい。例えば、図８に示されるように、リング構造体１１７を採用してもよく、リング構造体１１７は、色変換媒質１１２を収容する少なくとも１つの空洞１２０を形成するためにともに封止された第１の基板１１８および第２の基板１１９を備えても差し支えない。様々な実施の形態によれば、第１の基板１１８は、レンズ１００に接触しても差し支えなく、第２の基板１１９は、直に、または、接着剤層（または、他の中間層）を介してＰＣＢ１２２に接触しても差し支えない。特定の実施の形態において、空洞１２０は、例えば、光源１１１の外周部の周りに連続的に延びるリング状の空洞であっても差し支えない。あるいは、空洞１２０は、リング状のパターンで配置された複数の空洞を備えても差し支えない。図１３Ａに示されるように、第１および第２の基板１１８、１１９は、複数のリング状の空洞１２０またはリング状の空洞１２０のアレイを形成するためにともに封止しても差し支えない。
図８に示される光学組立体は、様々な実施の形態において、レンズ１００のアレイ、光源１１１のアレイ、および色変換媒質１１２を備えるリングのアレイを備える光学アレイを形成するために繰り返しても差し支えない。例示の２次元アレイが図９に示されている。先述されたように、いくつかの実施の形態において、リング状の色変換媒質１１２は、これらの２つの構成要素の間で熱相互作用を低減するために、距離ｄによって光源１１１から離間させてもよい。あるいは図示していないが、色変換リングは、光源１１１の少なくとも一部に物理的に接触してもよい。
図１０は、本開示の様々な実施の形態による光学組立体のさらなる非制限的な構成を示す。図示されるように、レンズ１００’’は、色変換媒質を備える少なくとも１つの空洞１２０'を備えても差し支えない。この点を踏まえて、レンズ１００’’は、第１の基材の役目をしても差し支えなく、リング構造体１１７'を形成するために、第２の基材１１９とともに封止、または、その他の方法で接合しても差し支えない。他の図示されていない実施の形態において、色変換媒質は、高分子膜（例えば、ポリエチレンテレフタレート「ＰＥＴ」）など、２つの別々の膜間を別途に封止してもよく、別途に封止された色変換媒質は、空洞１２０（図８）または１２０'（図１０）内に設置しても差し支えない。
図１１は、本開示のさらなる実施の形態による光学組立体のさらなる構成を示す。図示される実施の形態において、リング構造体１１７は、第１の基材１１８および第２の基材１１９を備えることができる。マイクロ光源１１１'は、例えば、マイクロＬＥＤを備えることができ、マイクロ光源１１１'は、第１の基材１１８の任意選択的な空洞またはウェル（ラベル付けなし）内に置くことができる。マイクロ光源１１１'（例えば、マイクロＬＥＤ）は、いくつかの実施の形態において、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約３μｍから約８μｍ、約４μｍから約７μｍ、または、約５μｍから約６μｍの範囲のなど、約１０μｍ未満の高さを有しても差し支えない。接着剤層１２４は、レンズ１００を第１の基材１１８に接合するために第１の基材１１８およびマイクロ光源１１１'上方に配置してもよい。この点を踏まえて、第１の基材１１８は、マイクロ光源を取り付けてもよいＰＣＢ構成要素として、および、リング構造体１１７内の封止基材としての両方の役目をしても差し支えない。様々な実施の形態によれば、第１の基材１１８は、透明材料から構築しても差し支えない。
図１２は、本開示のさらなる実施の形態による光学組立体のさらに別の構成を示す。図示されるように、リング構造体１１７’’は、第１の基材１１８および第２の基材１１９を備えることができ、第１の基材１１８および第２の基材１１９は、その間に配設された色変換ミクロ層１１２'でシール１２５によってともに封止することができる。色変換ミクロ層１１２'は、いくつかの実施の形態において、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約５μｍから約２０μｍ、または、約１０μｍから約１５μｍの範囲のなど、約２０μｍ未満の厚さを有しても差し支えない。
いくつかの実施の形態において、ガラスフリットを使用して第１および第２の基材１１８、１１９間のシール１２５を形成してもよい。他の実施の形態において、肉薄無機膜を（例えば、レーザー加熱法によって）溶融させてシール１２５を形成してもよい。さらなる実施の形態において、シール１２５は、例えば、ガラスフリットまたは他の介在する層なしにレーザー溶接部を２つの基材間に備えても差し支えない。
様々な実施の形態によれば、第１および第２の基材１１８、１１９は、透明であってもよい。反射層１２６を、色変換ミクロ層１１２'および／またはマイクロ光源１１１'に対応または整合しない領域において、第１および／または第２の基材１１８、１１９の１つ以上の表面上に設けても差し支えない。１つ以上の接着剤層１２４を任意選択的に使用して、レンズ１００を第１の基材１１８に接合するか、および／または、リング構造体１１７’’をＰＣＢ１２２'に結合してもよい。光源は、（図示されるような）透明なＰＣＢ１２２'上に取り付けられたマイクロ光源１１１'（例えば、マイクロＬＥＤ）であっても差し支えないか、または、代替実施の形態において、非透明なＰＣＢ（図示せず）に取り付けられた従来のＬＥＤを含んでも差し支えない。
色変換媒質を備える少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された透明な基材および反射基材を備える色変換組立体もここで開示され、少なくとも１つの空洞は、連続したリング状の空洞、または。不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を備える。本開示は、さらに、色変換媒質を備える少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された第１の基材および第２の基材を備えるサブアセンブリ、および、サブアセンブリと重なり整合して位置決めされた透明なレンズを備える色変換組立体に関し、少なくとも１つの空洞は、連続したリング状の空洞、または、不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を備え、透明なレンズは、凸面を備え、凸面の少なくとも一部は、等角螺旋湾曲部を備える。これらの色変換組立体および少なくとも１つの発光素子を備える光学組立体がさらにここで開示される。
図１３Ａから図１３Ｂに示されるように、色変換組立体は、第２の基材１１９に封止された第１の基材１１８を備えることができ、封止された基材は色変換媒質１１２を収容する少なくとも１つの空洞１２０を画定する。図１３Ａに示されるように、組立体は、１つ超えの空洞（例えば、空洞１２０のアレイ）を備えても差し支えない。さらに、図１３Ａに示されるように、単一の空洞１２０は、リング状であっても差し支えないか、または、代替的に、複数の別個の空洞をリング状のパターンで組み付けても差し支えない（図示せず）。そのような色変換組立体は、例えば、図８から図１２に示される実施の形態のいずれかのリング構造体１１７として使用しても差し支えない。この点を踏まえて、少なくとも１つの空洞１２０は、任意選択的な開口１２８を少なくとも部分的に取り囲んでもよく、任意選択的な開口１２８を、例えば、ＬＥＤアレイとの光学的結合で光源を収容するために含んでも差し支えない。
図１３Ａは、同じサイズおよび形状の均一に離間された円形空洞１２０のアレイを示すが、空洞１２０は、四角、長円形、矩形、および類似の形状など、任意の他の形状を有するリングを画定してもよいことを理解すべきである。さらに、アレイの全ての空洞は全く同じである必要はないことを理解すべきである。さらに、各空洞１２０は、同数または同量の色変換媒質を備えることは必要とされず、この量が空洞によって変動し、一部の空洞が、例えば、所望のＬＥＤアレイに適合するために色変換媒質を備えないことが可能である。
図８から図１３のいずれかを参照すると、色変換媒質１１２、１１２'は、少なくとも１つの色変換要素を備えることができる。色変換要素は、いくつかの実施の形態において、シリコーンまたは他の適切な材料など、有機または無機マトリクスで懸濁させてもよい。特定の実施の形態において、色変換要素を熱伝導マトリクスで懸濁させてもよい。様々な実施の形態によれば、色変換材料は、例えば、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約１０μｍから約３００μｍ、約２０μｍから約２００μｍ、または、約５０μｍから約１００μｍなど、約５μｍから約４００μｍの範囲の厚さを有する層として堆積してもよい。少なくとも１つの色変換要素は、例えば、燐光体、量子ドット（ＱＤ）、および、蛍光体または発光ポリマーなどのルミフォアなどから選んでも差し支えない。例示の燐光体としては、イットリウムベースの燐光体および硫化亜鉛ベースの燐光体例えば、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、窒化Ｅｕ２＋ドープ赤色およびその組み合わせなど、赤色および緑色発光燐光体を挙げることができるが、これらに限定されない。
ＱＤは、出射光の所望の波長に応じて異なる形状および／またはサイズを有することができる。例えば、出射光の周波数は、量子ドットのサイズが減少するにつれて増加することがある、例えば、出射光の色は、量子ドットのサイズが減少するにつれて赤色から青に変わり得る。量子ドットは、青、ＵＶまたは近紫外光を照射されるとき、光をより長い赤色、黄色、緑色、または、青色の波長に変換することがある。様々な実施の形態によれば、色変換要素は、青色、ＵＶまたは近紫外光を照射されるときに赤色および緑色の波長で発光するＱＤから選んでも差し支えない。
様々な実施の形態において、少なくとも１つの空洞１２０が同じまたは異なる形式の色変換要素、例えば、光の異なる波長を出射する要素を備えることが可能である。例えば、いくつかの実施の形態において、空洞は、緑色および赤色の両方の波長を出射して赤／緑／青（ＲＧＢ）スペクトルを空洞内に生成する色変換要素を備えても差し支えない。しかしながら、他の実施の形態によれば、個々の空洞が、緑色量子ドットのみを備える空洞または赤色燐光体のみを備える空洞など、同じ波長を出射する色変換要素のみを備えることが可能である。さらなる実施の形態において、単一の空洞は、１つ置きの副空洞が緑色色変換要素で満たされ、その補完部が赤色色変換要素で満たされた状態で、例えば、車輪のスポークまたは一切れ単位に切られたパイのように再分割してもよい。そのような実施の形態は、例えば、青色が緑色に変換され、その後、緑色が赤色に、または、その逆に変換される光の再変換を回避する際に有用であることがある。
空洞または複数の空洞の構成、および、所望のディスプレイまたは照明効果を達成するために各空洞内に配置する色変換媒質の形式および量を選ぶことは、当業者の能力内にある。さらに、赤色および緑色発光要素が先に論じているが、任意の形式の色変換要素を使用しも差し支えなく、色変換要素は、可視スペクトル（例えば、約４２０0から７５０ｎｍ）の赤色、橙色、黄色、緑色、青色、または、任意の他の色を含むがこれらに限定されない光の任意の波長を出射しても差し支えないことを理解すべきである。例えば、ソリッドステート照明用途において、様々なサイズを有する量子ドットを組み合わせて、優れた演色を提供する黒体の出力を模倣してもよい。
図２から図１３に関して先に論じられた実施の形態において、レンズ１００、１００'、１００’’、第１の基材１１８、および／または第２の基材１１９は、例えば、ガラスまたはプラスチックなど、透明または実質的に透明の材料を備えても差し支えない。本明細書で使用されるとき、「透明」という用語は、レンズ、基材、または材料が約８０％よりも大きい光透過をスペクトル（約４２０から７５０ｎｍ）の可視領域において有することを示すことが意図されている。例えば、例示の透明な基材またはレンズは、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約９０％よりも大きい、または、約９５％よりも大きいなど、約８５％よりも大きい光透過率を可視光範囲において有してもよい。
適切な透明材料としては、例えば、表示デバイスおよび他の電子デバイス内で使用される当技術分野において既知の任意のガラスを挙げることがある。例示のガラスとしては、アルミノケイ酸塩、アルカリアルミノケイ酸塩、硼珪酸塩、アルカリ硼珪酸塩、アルミノ硼珪酸塩、アルカリ−アルミノ硼珪酸塩および他の適切なガラスを挙げ得るが、これらに限定されない。これらの基材は、様々な実施の形態において、化学強化および／または、熱強化であってもよい。適切な市販基材の非制限的な実施例としては、少し例を挙げれば、Ｃｏｒｎｉｎｇ社製ＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）ガラス、Ｌｏｔｕｓ（商標）ガラス、Ｉｒｉｓ（商標）ガラス、Ｗｉｌｌｏｗ（登録商標）ガラスおよびＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスが挙げられる。イオン交換によって化学強化されたガラスは、一部の非限定的な実施の形態によれば、基材として適切であることがある。他の実施の形態において、プラスチック（例えば、ポリメタクリル酸メチル「ＰＭＭＡ」、メチルメチクリレートスチレン「ＭＳ」またはポリジメチルシロキサン「ＰＤＭＳ」）など、ポリマー材料を適切な透明材料として使用してもよい。
第２の基材１１９は、非限定的な実施の形態において、金属、金属酸化物、金属合金またはそれらの混合物など、反射基材であっても差し支えない。あるいは、第２の基材は、透明材料（例えば、ガラス、プラスチックなど）または不透明材料（例えば、セラミック、ガラスセラミックなど）を含んでも差し支えなく、空洞１２０（存在する場合）の壁部は、反射材料（金属または酸化物、合金、またはその塩など）でコーティングしても差し支えない。空洞１２０内の１つ以上の反射面は、光が所望の（順方向）方向に散乱されることを確実にするという観点から有利であろう。例えば、色変換媒質によって後方散乱した任意の光は、反射基材（または、反射面）によって所望の方向に再び散乱し得る。さらに、反射基材（または、反射面）から反射した任意の青色（非変換）光は、色変換材料を再び通過するときに所望の波長に変換される第２の機会を有することがある。
特定の実施の形態において、色変換媒質１１２からの熱の消散を促進するために第２の基材１１９を金属および／またはセラミックなど、熱伝導材料から作製することが有利であろう。例示のセラミック材料としては、少し例を挙げれば、窒化アルミニウム、アルミナ、酸化ベリリウム、窒化硼素および炭化珪素が挙げられる。例示の反射金属としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、他の同様の金属およびそれらの合金が挙げられるがこれらに限定されない。様々な実施の形態によれば、第２の基材１１９は、少なくとも部分的に、ガラスよりも大きい熱伝導率を有する無機基材など、無機基材から作製しても差し支えない。例えば、適切な無機基材としては、例えば、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約２．５Ｗ／ｍ−Ｋから約１００Ｗ／ｍ−Ｋの範囲の、約２．５Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きい（例えば、約２．６Ｗ／ｍ−Ｋ、３Ｗ／ｍ−Ｋ、５Ｗ／ｍ−Ｋ、７．５Ｗ／ｍ−Ｋ、１０Ｗ／ｍ−Ｋ、１５Ｗ／ｍ−Ｋ、２０Ｗ／ｍ−Ｋ、２５Ｗ／ｍ−Ｋ、３０Ｗ／ｍ−Ｋ、４０Ｗ／ｍ−Ｋ、５０Ｗ／ｍ−Ｋ、６０Ｗ／ｍ−Ｋ、７０Ｗ／ｍ−Ｋ、８０Ｗ／ｍ−Ｋ、９０Ｗ／ｍ−Ｋまたは１００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きい）など、相対的に高い熱伝導率を有する無機基材を挙げ得る。いくつかの実施の形態において、無機基材の熱伝導率は、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約１００Ｗ／ｍ−Ｋから約３００Ｗ／ｍ−Ｋ（例えば、約１００Ｗ／ｍ−Ｋ、１１０Ｗ／ｍ−Ｋ、１２０Ｗ／ｍ−Ｋ、１３０Ｗ／ｍ−Ｋ、１４０Ｗ／ｍ−Ｋ、１５０Ｗ／ｍ−Ｋ、１６０Ｗ／ｍ−Ｋ、１７０Ｗ／ｍ−Ｋ、１８０Ｗ／ｍ−Ｋ、１９０Ｗ／ｍ−Ｋ、２００Ｗ／ｍ−Ｋ、２１０Ｗ／ｍ−Ｋ、２２０Ｗ／ｍ−Ｋ、２３０Ｗ／ｍ−Ｋ、２４０Ｗ／ｍ−Ｋ、２５０Ｗ／ｍ−Ｋ、２６０Ｗ／ｍ−Ｋ、２７０Ｗ／ｍ−Ｋ、２８０Ｗ／ｍ−Ｋ、２９０Ｗ／ｍ−Ｋまたは３００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きい）の範囲のなど、１００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きくても差し支えない。
さらなる実施の形態において、図８から図１３を参照すると、気密シールを使用して、第１および第２の基材（リング構造体１１７、１１７’’）および／またはレンズおよび第２の基材（リング構造体１１７'）を接合しても差し支えない。気密シールを使用して、レンズをリング構造体などに接合するなど、光学組立体の任意の他の構成要素も接合しても差し支えない。例えば、基材および／またはレンズは、リング構造体１１７、１１７'、１１７’’が水、湿気、空気および／または他の汚濁物質を通さないか、または、実質的に通さないように気密封止しても差し支えない。非制限的な一例として、気密シールは、酸素の蒸散（拡散）を約１０−２ｃｍ３／ｍ２／日未満（例えば、約１０−３／ｃｍ３／ｍ２／日未満）に制限し、水の蒸散を約１０−２ｇ／ｍ２／日（例えば、約１０−３、１０−４、１０−５または１０−６ｇ／ｍ２／日未満）に制限するように構成しても差し支えない。様々な実施の形態において、気密シールは、水、湿気および／または空気が気密シールによって保護された構成要素（例えば、色変換媒質および／または光源）に接触するのを実質的に防止しても差し支えない。
光を色変換媒質を通って直に透過する（「透過」モード）代わりに、ここに開示された光学組立体は、光源によって出射された光が、色変換媒質に当たる前に光をより大きい領域にわたって広げるために、例えば、ここに開示されたレンズを使用して１つ以上の回数で反射される（「反射」モード）ように構成してもよい。この点を踏まえて、装置内の光束は、１／１００以上低減されることがある。換言すると、色変換媒質に当たった反射光は、光源から初めに透過された光の１％未満の強度を有する。さらに、光が色変換媒質の下の反射面から反射することがあるので、反射モード構成は、光を１回超えで色変換媒質に通し、その結果、異なる波長に変換されるという可能性を増大させるというさらなる利点を有することがある。
さらに、「反射」モードと組み合わせて、色変換媒質が光源から離間されている「遠隔」構成を使用することによって媒体および／またはマトリクスが晒されている光束が低減するだけでなく、発熱した熱があれば放散させるさらなるヒートシンク通路が得られる。さらに、「遠隔」構成は、ＬＥＤがより冷たい温度で、したがって、より効率的に稼動することを可能にするさらなる利点を有するが、というのも、ＬＥＤは、（例えば、共形燐光体コーティングの場合のように）色変換媒質を冷却する熱経路の役目をする必要がないからである。したがって、従来技術装置と比較すると上記の利点の１つ以上のために光学組立体の寿命を延ばすことができる。
デバイス
図２から図１３に示されたレンズおよび光学組立体は、表示および照明用途を含むがこれらに限定されない様々な用途において使用することができる。例えば、照明器具またはソリッドステート照明デバイスなど、照明デバイスは、ここに開示された光学組立体を備えても差し支えない。特定の実施の形態において、光学組立体は、太陽の広帯域の出力を模倣するために単独でまたはアレイにおいて使用しても差し支えない。そのような組立体は、例えば、４２０から７５０ｎｍまでの範囲の可視波長など、様々な波長にて発光する様々な形式および／またはサイズの色変換要素を備えても差し支えない。
例えば、「白色」ＬＥＤは、青色光を出射するＬＥＤをシリコーン／燐光体スラリでコーティングすることによって生成しても差し支えない。しかしながら、シリコーンは、ＬＥＤ光束および熱に長期に晒された後に経時的に暗色化することがある。ここに開示された光学組立体を、そのような照明デバイス内で使用して、色変換媒質および／またはマトリクスが晒される光束を低減し、および／または、ＬＥＤおよび／または色変換媒質によって生成された熱を放散させるために代替的または付加的な熱の通路を提供してもよい。１つ以上のガラス基材を備える実施の形態は、また、プラスチック基材と比較するとより長い期間にわたって光学的に透明なままであるというさらなる利点も有することがある。
様々な実施の形態によれば、ここに開示された光学組立体を、ＬＣＤなど、表示デバイス内のバックライトユニット（ＢＬＵ）へ組み込んでも差し支えない。図１４に示されるように、ＢＬＵ１２７および液晶（ＬＣ）パネル１２９を、テレビジョン、コンピュータ、ハンドヘルドデバイスなど、表示デバイスへ組み込んでも差し支えない。ＢＬＵ１２７は、ＰＣＢ１２２に取り付けられた光源１１１のアレイを備えても差し支えなく、ＰＣＢ１２２は、ヒートシンク１２３に装着してもよい。図示されるように、ＰＣＢ１２２には、複数のサーマルバイア１３０を装備してもよく、複数のサーマルバイア１３０は、光源１１１および色変換媒質１１２についてヒートシンク通路を提供するように位置決めしても差し支えない。サーマルバイア１３０は、いくつかの実施の形態において、導電材料（例えば、Ｃｕ、Ａｇなどの金属）が充填された孔または開口をＰＣＢ１２２に備えてもよく、導電材料は、ＰＣＢ１２２の片側から反対側へ、さらには、ヒートシンク１２３（存在する場合）への熱伝達を可能にすることができる。単一のヒートシンク１２３が図１４に示されているが、１つ超えのヒートシンク１２３を設けることも可能である。例えば、別々のヒートシンクを、色変換媒質１１２に、さらには、ＬＥＤ１１１に設けても差し支えなく、該ヒートシンクは、さらに、色変換媒質をＬＥＤによって生成された熱から隔離することがある。
図１４に示されるように、レンズ１００のアレイは、光源１１１のアレイに光学的に結合することができる。ＢＬＵ１２７の様々な構成要素間および／またはＢＬＵ１２７とＬＣパネル１２９との間の接着を向上させるために１つ以上の接着剤層１２４を任意選択的に含めても差し支えない。拡散層１３１など、さらなる層をＢＬＵ１２７とＬＣパネル１２９との間に設けてもよく、および／または、さらなる層を、反射壁１３２など、レンズ１００間に設けてもよい。いくつかの実施の形態において、個々の光学組立体を互いから完全に分離することは望ましくないかもしれず、組立体間の所望量の光漏出を可能にするために、さらなる層１３１、１３２を対応して変更または除去してもよい。
第１の表面および対向する発光面を有する透明な基材、第１の表面上に配設された色変換媒質、および、第１の表面上に配設されて色変換媒質の少なくとも一部を包封する反射層を備える光変換デバイスが、さらにここに開示されている。例示の光変換デバイスとしては、例えば、導光板（ＬＧＰ）および導光体組立体が挙げられる。例えば、図１５Ａから図１５Ｂに示されるように、ＬＧＰ１３４の第１の表面１３３を色変換媒質１１２でパターン化してもよく、色変換媒質１１２は、反射層１３５など、保護層で封止または包封しても差し支えない。非限定的な実施の形態において、反射層は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕおよびそれらの合金のうちの１つ以上を備えるフィルムなど、金属膜を備えても差し支えない。特定の実施の形態において、反射層１３５は、例えば、熱を色変換媒質から放散させることができる高い熱伝導率を有する材料を備えてもよい。さらに、反射層１３５は、（例えば、色変換材料の熱膨張に起因して）熱応力を受けると、割れまたはピンホールを発生させることなく拡張しおよび／または伸びることができる延性材料を備えてもよい。したがって、反射層１３５は、熱を色変換媒質１１２から放散させるヒートシンクとして、および／または、湿気および／または空気による色変換媒質１１２の劣化を防止する気密バリアとしての両方の役目をすることができる。
光源１１１は、ＬＧＰ１３４の縁（光入射）面に結合してもよい。任意選択的に、反射体１４０は、ＬＧＰの対向縁部に装着してもよい。ＬＧＰ１３４を通って伝播する光１１０は、ＴＩＲに起因してＬＧＰ内で反射することがあり、最終的に、色変換媒質１１２を備える領域に当たり、この時点で、光は、発光（第２の）面１３６を通る透過光１１０'として前方へ散乱することがある。色変換媒質も、透過光１１０'が光１１０の元の波長と異なる波長を有するように光１１０を変更してもよい。この点を踏まえて、図１５Ａから図１５Ｂに示された導光体組立体では、従来は別々のＢＬＵ構成要素として含まれる様々な層を統合してもよい。例えば、色変換媒質は、別個のフィルムとして供給されるよりもむしろ、光源１１１上にまたはＢＬＵスタック内にＬＧＰ１３４の第１の表面１３３上に組み込んでも差し支えない。さらに、反射層１３５も、従来のＢＬＵスタック内のＬＧＰ１３４とは別個のさらなる構成要素として含まれる代わりに、第１の表面１３３上に組み込んでも差し支えない。
従来のＬＧＰは、白色ＬＥＤ、例えば、青色光を白色光に変換するシリコーン／燐光体スラリなどの色変換媒質でコーティングされた青色ＬＥＤに、光学的に結合されることがある。白色塗料または他の光散乱特徴部が、光を所望の順方向に散乱させるためにＬＧＰの表面上に設けられることがある。しかしながら、ここに開示された一体型色変換構成を使用すると、従来の白色ＬＥＤを青色ＬＥＤと置き換え、白色塗料を反射層によって包封された色変換材料と置き換えることが可能であることがある。したがって、ＬＧＰ面上の一体型色変換媒質は、青色光を所望の方向に前方へ散乱させ、さらには、青色光を白色光に変換するという二重の機能に対応することがある。したがって、特定の実施の形態において、従来の燐光体コーティングの白色ＬＥＤは、ＱＤでパターン化されたＬＧＰに結合された青色ＬＥＤによって置き換えても差し支えない。ＱＤは、燐光体よりも狭い発光スペクトルを有することから、結果的に得られた組立体は、向上した色域を有することがある。もちろん、他の実施の形態において、ＬＧＰは、燐光体、蛍光体など、ＱＤ以外の色変換要素でパターン化してもよい。
図１５Ａは、連続した反射層１３５を備えるＬＧＰを示すが、特定の実施の形態は、図１５Ｂに示されるものなど、不連続の反射層１３５'も組み込んでもよい。アルミニウムなど、金属は若干吸光性であることがあるので、連続した反射メタリックコーティングは、結果的にＬＧＰの若干の減衰が発生することがある。この点を踏まえて、いくつかの実施の形態において、反射層は、色変換媒質１１２の堆積物に対応する領域にのみ設けてもよい。この点を踏まえて、ＬＧＰの領域１３７は、ガラス／空気またはプラスチック／空気接続部を有してもよく、ＴＩＲの増大が可能である。さらに、図示されていないが、領域１３７に対応するＬＧＰ１３４の表面１３３には、白色散乱粒子など、他の光散乱特徴部を設けてもよく、他の光散乱特徴部は、ＬＧＰ１３４によって透過された光について所望の色バランスを達成するために使用してもよい。光散乱特徴部は、ＴｉＯ２粒子など、ＬＧＰ１３４の表面１３３上に印刷してもよく、および／または、光散乱特徴部は、ＬＧＰ１３４の表面１３３を傷つけるエッチングまたはレーザーによって設けてもよい。
代替実施の形態において、図１５Ｃに示されるように、インク層１３８を色変換媒質１１２と反射層１３５との間に設けてもよい。インク層１３８は、例えば、金属酸化物（例えば、ＴｉＯ２）などの反射白色インクを備えてもよく、反射層１３５を視点から部分的にまたは完全に隠す役目をしてもよい。所望であれば、インク層１３８は、図１５Ｃに示されるように、色変換媒質１１２がない領域でさえ、表面１３３の長さ全体に沿って塗布しても差し支えない。あるいは、インク層１３８は、色変換媒質１１２を備える領域にのみ設けてもよい。
様々な実施の形態によれば、色変換媒質および／または光散乱特徴部は、実質的に均一の光出力強度をＬＧＰの発光面１３６全体にわたって生成するように表面１３３上で適切な密度でパターン化してもよい。他の実施の形態において、色変換媒質および／または光散乱特徴部は、不均一な光出力強度を表面１３６全体にわたって生成するようにパターン化してもよい。特定の実施の形態において、光源１１１に近接した色変換媒質および／または光散乱特徴部の密度は、ＬＧＰ全体にわたって所望の光出力分布を生成するために、端部間の勾配として、適宜、光源からさらに移動した地点での密度、またはその逆よりも低くてもよい。
縁部照明ＬＧＰ以外の構成も可能であり、本出願の範囲内に入ると想定されている。例えば、背面照明ＬＧＰも、ここで記載されたような一体型色変換媒質から恩恵を受けることがある。さらに、光変換デバイスは、ＢＬＵ用途にのみに限定されず、ソリッドステート照明用途においても有用であることがある。説明目的のために、３つの例示の非限定的な照明構成が、図１６Ａから図１６Ｃに示されている。多数の照明構成を、様々な光源１１１（例えば、蛍光灯などの線状ランプ）、基材１３９形状および／またはサイズ（例えば、プリズム）および／または反射体１４０位置を使用して想像することができる。色変換媒質１１２および反射層１３５の形式および／または位置も構成間で変えてもよい。
方法
光変換デバイスを作製する方法も、ここに開示され、方法は、色変換媒質を基材の第１の表面上でパターン化するステップ、および、保護層を第１の表面上に堆積させて色変換媒質を包封するステップを含み、基材または保護層の一方は、反射材料を含む。光学組立体を作製する方法において、色変換媒質をリング状のパターンで堆積させるステップ、発光素子をリング状のパターンの外周部内に位置決めするステップ、および、透明なレンズを発光素子および色変換媒質と重なり整合して位置決めするステップを含む方法もここに開示される。
様々な実施の形態において、基材は、透明な基材であってもよく、保護層は、少なくとも１つの金属を備えてもよい。あるいは、基材は、少なくとも１つの金属を備える反射基材であってもよく、保護層は、少なくとも１つの透明な無機酸化物を含んでもよい。さらに、基材は、少なくとも１つの反射面を有する少なくとも１つの空洞を備えてもよく、保護層は、少なくとも１つの透明な無機酸化物を含んでもよい。
色変換媒質は、当技術分野において既知の任意の方法を使用して基材の第１の表面上に堆積させても差し支えない。適切な堆積方法としては、インクジェット印刷、スクリーン印刷、マイクロ印刷など、印刷、スピンコーティング、スロットコーティング、ディップコーティングなど、コーティング、ドロップキャスト法、ピペット操作、または、その任意の組み合わせを挙げることができる。特定の実施の形態において、１つ以上の溶媒中に懸濁した色変換媒質の液滴を、任意の所望のパターンで第１の表面上に堆積させても差し支えない。溶媒は、任意選択的に周囲温度または高温で乾燥によって除去してもよい。本明細書で使用されるとき、「パターン化」という用語は、色変換媒質が任意の所与のパターンまたはデザインで第１の表面上に存在することを示すことが意図され、任意の所与のパターンまたはデザインは、例えば、ランダム、または、配列式、反復的または非反復的、均一または不均一であってもよい。上述されたように、パターンは、また、基材の一端から他端までの勾配を備えても差し支えない。
保護層を堆積させる方法としては、例えば、スパッタリングプロセスまたは蒸着プロセスを挙げることができる。例えば、色変換媒質は、ガラスまたはプラスチック基材など、透明な基材の第１の表面上に堆積させても差し支えなく、その後、保護金属膜を第１の表面上にスパッタリングするかまたは蒸着させて、色変換媒質を少なくとも部分的に包封しても差し支えない。あるいは、色変換媒質を反射基材の第１の表面上に堆積させても差し支えなく、保護無機酸化物層を第１の表面上にスパッタリングするかまたは蒸着させても差し支えない。様々な実施の形態において、基材および保護層は、色変換媒質が収容された気密カプセルを形成してもよい。さらなる実施の形態において、基材は、色変換媒質を堆積させてもよい１つ以上の空洞を備えてもよい。空洞は、例えば、プレス加工、成型、切断、または任意の他の適切な方法によって基材に設けても差し支えない。さらなる実施の形態によれば、保護層は、全ての範囲およびその間の部分範囲を含め、約０．５μｍから約９μｍ、約１μｍから約８μｍ、約２μｍから約７μｍ、約３μｍから約６μｍ、または、約４μｍから約５μｍなど、約０．１μｍから約１０μｍの範囲の厚さを有してもよい。
ここに開示された色変換組立体は、様々な方法を使用して製造しても差し支えない。例えば、色変換媒質は、所望の空洞形状（例えば、リング形状またはリングパターン）に対応する窪みを伴ってエンボス加工された１対のローラを使用して第１および第２の基材間で包封しても差し支えない。様々な実施の形態において、エンボス加工されたローラを、第１および第２の基材の融着を促進させるのに十分な温度および／または圧力で操作してもよい。リング状の空洞またはパターンの場合、さらなる処理ステップは、孔または開口をリングの中央部に設けるステップを含んでもよい。そのような孔は、当技術分野において既知の任意の方法を使用して第１および第２の基材に切り込むかまたは打ち抜いてもよい。
色変換組立体を形成する代替法は、成型を含んでもよい。例えば、リング構造体を構成する１つ以上の基材は、少なくとも１つの空洞を含むように成型してもよい。いくつかの実施の形態において、透明なレンズは、少なくとも１つの空洞を含むように成形してもよい。空洞を色変換媒質で満たした後、成形された基材および／またはレンズは、次に、例えば、接着剤、または、レーザー封止など、他の封止技法を使用して接合してもよい。光変換デバイスに関して先に論じられたスパッタリングプロセスおよび蒸着プロセスは、ここに開示された色変換組立体の形成にも適することがある。
色変換組立体を形成するさらに別の方法は、色変換媒質を所望のパターンで（例えば、基材上に堆積させることを含んでも差し支えない。
様々な開示する実施の形態は、その特別の実施の形態に関連して記載された特定の特徴部、要素またはステップを伴ってもよいことが認識されるであろう。特定の特徴部、要素またはステップが、１つの特別の実施の形態に関して記載されているが、様々な図示されていない組み合わせまたは入れ替えで代替実施の形態と交換するかまたは組み合わせてもよいことも認識されるであろう。
本明細書で使用されるとき、用語「ｔｈｅ」、「ａ」または「ａｎ」は、「少なくとも１つ」を意味し、そうではないと明示的に示されていない限り、「１つのみ」に限定されるべきではないことを理解すべきである。したがって、例えば、「空洞」への言及は、前後関係から別段に明瞭に示されていない限り、１つのそのような「空洞」または２つ以上のそのような「空洞」を有する実施例を含む。同様に、「複数」または「アレイ」は、「空洞のアレイ」または「複数の空洞」が２つ以上のそのような空洞を示すように２つ以上を示すことが意図されている。
範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値までと本明細書で表され得る。そのような範囲が表されるとき、実施例は、一方の特定の値からおよび／または他方の特定の値までを含む。同様に、値が先行語「約」の使用によって近似として表されるとき、特定の値は、別の態様を成すことが理解されよう。範囲の各々の終点は、他方の終点に関連しても、かつ、他方の終点から独立しても有意であることがさらに理解されるであろう。
ここに表された全ての数値は、別段に明示的に示されていない限り、「約」を含むと、そのように記載されているか否かを問わず、解釈すべきである。しかしながら、記載された各数値は、「約」その値と表されているか否かを問わず、同様に正確に企図されていることをさらに理解すべきである。したがって、「１０ｍｍ未満寸法」および「約１０ｍｍ未満寸法」は、両方とも、「約１０ｍｍ未満寸法」ならびに「１０ｍｍ未満寸法」の実施の形態を含む。
別段に明示的に記載されていない限り、ここに記載されたいかなる方法も、複数のステップが特定の順序で実行されることを必要とすると解釈されることは決して意図されていない。したがって、方法の請求項ではステップが従うべき順序を実際には記載していないか、または、ステップは特定の順序に限定されるべきであると請求項または記載に特記されていない場合、何らかの特定の順序が推論されることは決して意図されていない。
特別の実施の形態の様々な特徴、要素またはステップが「備える」という移行句を使用して開示されることがあるが、「成る」または「から本質的に成る」という移行句を使用して記載されることがあるものを含め、代替の実施の形態が意味されることを理解されたい。したがって、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを備える方法に対する意味された代替の実施の形態としては、方法がＡ＋Ｂ＋Ｃから成る実施の形態、および、方法が本質的にＡ＋Ｂ＋Ｃから成る実施の形態が挙げられる。
様々な改変および変形が、本開示の精神および範囲から逸脱することなく本開示に行われ得ることが当業者には明らかであろう。本開示の精神および趣旨を組み込む開示された実施の形態の改変組み合わせ、部分的組み合わせおよび変更が当業者に思い浮かぶことがあることから、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内の全てを含むと解釈すべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
光学組立体において、
基材の第１の表面上に配設された発光素子、
前記基材の前記第１の表面上に配設され色変換媒質を含むリング構造体、および
前記発光素子および前記リング構造体と重なり整合して位置決めされた透明なレンズ、を備え、
前記色変換媒質は、前記発光素子から離間されて当該発光素子を少なくとも部分的に取り囲む、光学組立体。
実施形態２
前記リング構造体が、前記色変換媒質を収容する少なくとも１つの空洞を含む、実施形態１に記載の組立体。
実施形態３
前記少なくとも１つの空洞が、気密封止されている、実施形態２に記載の組立体。
実施形態４
前記少なくとも１つの空洞が、連続したリング状の空洞、または、不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を含む、実施形態２に記載の組立体。
実施形態５
前記リング構造体が、反射面、および、対向する透明な表面を含み、当該反射面が、前記基材の前記第１の表面と接触している、実施形態２に記載の組立体。
実施形態６
前記リング構造体が、前記色変換媒質を収容する少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された透明な基材と第２の基材とを含む、実施形態２に記載の組立体。
実施形態７
前記透明な基材が、ガラスおよびポリマーから選ばれ、前記第２の基材が、反射基材である、実施形態６に記載の組立体。
実施形態８
前記反射基材が、金属基材、金属合金基材または金属酸化物基材、または、金属層、金属合金層または金属酸化物層でコーティングされた少なくとも１つの表面を含むセラミック基材、またはガラスセラミック基材から選ばれる、実施形態７に記載の組立体。
実施形態９
前記透明なレンズが、前記色変換媒質を収容する少なくとも１つの空洞を含み、前記リング構造体が、当該透明なレンズおよび第２の反射基材によって画定されている、実施形態１に記載の組立体。
実施形態１０
前記リング構造体は、間に配設された色変換媒質のミクロ層とともに封止された第１の透明な基材及び第２の透明な基材とを含み、当該ミクロ層が、約５μｍから約２０μｍの範囲の厚さを有する、実施形態１に記載の組立体。
実施形態１１
透明なレンズが、凸面を含み、当該凸面の少なくとも一部が、等角螺旋湾曲部を含む、実施形態１に記載の組立体。
実施形態１２
前記透明なレンズが、単一ローブレンズおよび二重ローブ線状レンズから選ばれる、実施形態１に記載の組立体。
実施形態１３
前記透明なレンズが、接触面、凸面、および、その間で配設された中央領域を含み、当該凸面が、当該中央領域内へ延びる陰のアキシコン窪みを含む、実施形態１に記載の組立体。
実施形態１４
前記接触面が、回転対称の平面であり、前記凸面が、回転対称の半球面である、実施形態１３に記載の組立体。
実施形態１５
前記陰のアキシコン窪みが、前記発光素子と重なり整合して位置決めされた中空円錐形領域を含み、当該中空円錐形領域の頂点が、前記透明なレンズの前記接触面の方を指し示す、実施形態１３に記載の組立体。
実施形態１６
前記色変換媒質が、燐光体、量子ドット、およびルミフォアから選ばれた少なくとも１つの色変換要素を含む、実施形態１に記載の組立体。
実施形態１７
前記色変換媒質が、前記発光素子から出射されて前記透明なレンズの前記凸面によって反射した光が当該色変換媒質の少なくとも一部に入射するように前記基材の前記第１の表面上に配設されている、実施形態１に記載の組立体。
実施形態１８
前記色変換媒質が、前記発光素子の外周部の周りに延びる平面に配置され、当該発光素子が、光を当該色変換媒質の当該平面へ直には出射しない、実施形態１に記載の組立体。
実施形態１９
前記色変換媒質が、前記発光素子に物理的に接触しない、実施形態１に記載の組立体。
実施形態２０
前記基材の第２の表面と接触する少なくとも１つのヒートシンクをさらに備える、実施形態１に記載の組立体。
実施形態２１
実施形態１に記載の複数の組立体を備える光学アレイ。
実施形態２２
実施形態１に記載の前記光学組立体または実施形態２１に記載の前記光学アレイを備える表示デバイス、電子デバイス、または照明デバイス。
実施形態２３
色変換組立体において、
色変換媒質を含む少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された第１の基材および第２の基材を含むサブアセンブリ、および
前記サブアセンブリと重なり整合して位置決めされた透明なレンズであって、前記少なくとも１つの空洞が、連続したリング状の空洞、または、不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を含む、透明なレンズ、
を備え、
前記透明なレンズが、凸面を含み、当該凸面の少なくとも一部が、等角螺旋湾曲部を含む、色変換組立体。
実施形態２４
前記第１の基材が、透明な基材であり、前記第２の基材が、反射基材である、実施形態２３に記載の組立体。
実施形態２５
前記透明なレンズの接触面が、前記透明な基材と物理的に接触している、実施形態２３に記載の組立体。
実施形態２６
前記接触面が、回転対称の平面であり、前記凸面が、回転対称の半球面である、実施形態２５に記載の組立体。
実施形態２７
前記凸面が、前記透明なレンズの接触面の方を指し示す頂点を有する陰のアキシコン窪みをさらに含む、実施形態２３に記載の組立体。
実施形態２８
前記色変換媒質が、燐光体、量子ドット、およびルミフォアから選ばれた少なくとも１つの色変換要素を含む、実施形態２３に記載の組立体。
実施形態２９
前記第１及び第２の基材が、ともに気密封止されている、実施形態２３に記載の組立体。
実施形態３０
実施形態２３に記載の前記組立体、および、少なくとも１つの発光素子を備える光学組立体。
実施形態３１
前記少なくとも１つの空洞が、前記少なくとも１つの発光素子を取り囲む、実施形態３０に記載の光学組立体。
実施形態３２
前記少なくとも１つの発光素子が、前記サブアセンブリの前記第１の基材の窪み内に位置決めされている、実施形態３０に記載の光学組立体。
実施形態３３
前記少なくとも１つの発光素子が、マイクロＬＥＤである、実施形態３２に記載の光学組立体。
実施形態３４
実施形態２３に記載の前記色変換組立体、または、実施形態３０に記載の前記光学組立体を備える表示デバイス、電子デバイス、または照明デバイス。
実施形態３５
色変換組立体において、色変換媒質を含む少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された透明な基材および反射基材を備え、当該少なくとも１つの空洞が、連続したリング状の空洞、または、不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を含む、色変換組立体。
実施形態３６
前記透明な基材が、ガラスおよびポリマーから選ばれ、前記反射基材が、金属基材、金属合金基材、または金属酸化物基材、または、金属層、金属合金層、または金属酸化物層でコーティングされた少なくとも１つの表面を含むセラミック基材またはガラスセラミック基材から選ばれる、実施形態３５に記載の組立体。
実施形態３７
前記色変換媒質が、燐光体、量子ドット、およびルミフォアから選ばれた少なくとも１つの色変換要素を含む、実施形態３５に記載の組立体。
実施形態３８
実施形態３５に記載の前記色変換組立体、および、少なくとも１つの発光素子を備える光学組立体。
実施形態３９
光変換デバイスにおいて、
第１の表面および対向する発光面を有する透明な基材、
前記第１の表面上に配設された色変換媒質、および
前記第１の表面上に配設されて前記色変換媒質の少なくとも一部を包封する反射層、
を備える、光変換デバイス。
実施形態４０
前記色変換媒質が、燐光体、量子ドット、およびルミフォアから選ばれた少なくとも１つの色変換要素を含む、実施形態３９に記載のデバイス。
実施形態４１
前記透明な基材が、ガラスおよびポリマーから選ばれ、前記反射層が、少なくとも１つの金属膜を含む、実施形態３９に記載のデバイス。
実施形態４２
前記金属膜が、不連続である、実施形態４１に記載のデバイス。
実施形態４３
前記不連続の金属膜の空隙に対応する少なくとも１つの領域において前記第１の表面上に配設された少なくとも１つの光散乱特徴部をさらに備える、実施形態４１に記載のデバイス。
実施形態４４
前記色変換媒質と前記金属膜との間に配設された白色反射層をさらに備える、実施形態４１に記載のデバイス。
実施形態４５
前記白色反射層が、不連続である、実施形態４４に記載のデバイス。
実施形態４６
少なくとも１つの光源に光学的に結合された実施形態３９に記載の前記装置を備える導光体組立体。
実施形態４７
前記少なくとも１つの光源が、前記透明な基材の前記第１の表面に光学的に結合されている、実施形態４６に記載の導光体組立体。
実施形態４８
前記少なくとも１つの光源が、前記透明な基材の縁面に光学的に結合されている、実施形態４６に記載の導光体組立体。
実施形態４９
前記色変換媒質が、前記少なくとも１つの光源からの距離の関数として増大する密度を有する勾配で前記第１の表面上にパターン化されている、実施形態４８に記載の導光体組立体。
実施形態５０
前記少なくとも１つの光源が、紫外光、近紫外光、または青色光を出射する発光ダイオードである、実施形態４６に記載の導光体組立体。
実施形態５１
光変換デバイスを作製する方法において、
色変換媒質を基材の第１の表面上でパターン化するステップ、および
前記色変換媒質を包封するために保護層を前記第１の表面上に堆積させるステップ、
を含み、前記基材または前記保護層の一方が、反射材料を含む、方法。
実施形態５２
前記基材が、ガラスおよびポリマーから選ばれた透明な基材であり、前記保護層が、少なくとも１つの金属を含む、実施形態５１に記載の方法。
実施形態５３
前記基材が、少なくとも１つの金属を含む反射基材であり、前記保護層が、少なくとも１つの透明な無機酸化物を含む、実施形態５１に記載の方法。
実施形態５４
前記基材が、少なくとも１つの反射面を有する少なくとも１つの空洞を含み、前記保護層が、少なくとも１つの透明な無機酸化物を含む、実施形態５１に記載の方法。
実施形態５５
前記保護層が、蒸着またはスパッタリングによって堆積されている、実施形態５１に記載の方法。
実施形態５６
前記色変換媒質が、燐光体、量子ドット、およびルミフォアから選ばれた少なくとも１つの色変換要素を含む、実施形態５１に記載の方法。
実施形態５７
前記色変換媒質が、リング状のパターンで前記第１の表面上に堆積されている、実施形態５１に記載の方法。
実施形態５８
発光素子を前記リング状のパターンの外周部内に位置決めすることによって光学組立体を形成するステップ、および、透明なレンズを当該発光素子および色変換媒質と重なり整合して位置決めするステップをさらに含む、実施形態５７に記載の方法。
１０５ 切端面
１００ レンズ
１０８ レンズの垂直中心線
１０４ 陰のアキシコン窪み
１０２ 凸面
１０１ 接触面
１０７ 頂点
１０６ 切り抜き部
１０３ 中央領域
１０９ 円錐部の垂直中心線
１１０ 光
１１１ 光源
１１２ 色変換媒質
１１３ 右上コーナー
１１４ 反射層
１１５ 隙間
１１６ 最大限界
１１７ リング構造体
１１８ 第一の基材
１１９ 第２の基材
１２０ 空洞
１２１ 窪み
１２２ プリント回路基板
１２３ ヒートシンク
１２４ 接着剤層
１２５ シール
１２６ 反射層
１２７ バックライトユニット（ＢＬＵ）
１２８ 開口
１２９ 液晶（ＬＣ）パネル
１３０ サーマルバイア
１３１ 拡散層
１３２ 反射壁
１３３ ＬＧＰ（導光板）の第１の表面
１３４ ＬＧＰ（導光板）
１３５ 反射層
１３６ 発光（第２の）面
１３７ ＬＧＰの領域
１３８ インク層
１３９ 基材
１４０ 反射体

Claims (15)

  1. 光学組立体において、
    基材の第１の表面上に配設された発光素子、
    前記基材の前記第１の表面上に配設された色変換媒質を含むリング構造体、および
    前記発光素子および前記リング構造体と重なり整合して位置決めされた透明なレンズと、
    を備え、
    前記色変換媒質は、前記発光素子から離間されて該発光素子を少なくとも部分的に取り囲む、光学組立体。
  2. 前記リング構造体が、前記色変換媒質を収容する少なくとも１つの空洞を含む、請求項１に記載の組立体。
  3. 前記透明なレンズが、前記色変換媒質を収容する少なくとも１つの空洞を含み、前記リング構造体が、該透明なレンズおよび第２の反射基材によって画定されている、請求項１または２に記載の組立体。
  4. 透明なレンズが、凸面を含み、該凸面の少なくとも一部が、等角螺旋湾曲部を含む、請求項１から３に記載のいずれか一項に記載の組立体。
  5. 前記透明なレンズが、接触面と、凸面と、その間で配設された中央領域とを含み、該凸面が、該中央領域内へ延びる陰のアキシコン窪みを含む、請求項１から４に記載のいずれか一項に記載の組立体。
  6. 前記色変換媒質が、前記発光素子から出射されて前記透明なレンズの前記凸面によって反射した光が該色変換媒質の少なくとも一部に入射するように前記基材の前記第１の表面上に配設されている、請求項１から５に記載のいずれか一項に記載の組立体。
  7. 前記色変換媒質が、前記発光素子の外周部の周りに延びる平面に配置され、該発光素子が、光を該色変換媒質の該平面へ直には出射しない、請求項１から６に記載のいずれか一項に記載の組立体。
  8. 請求項１に記載の前記光学組立体を備える表示デバイス、電子デバイス、または照明デバイス。
  9. 色変換組立体において、
    色変換媒質を含む少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された第１の基材および第２の基材を含むサブアセンブリ、および、
    前記サブアセンブリと重なり整合して位置決めされた透明なレンズであって、前記少なくとも１つの空洞が、連続したリング状の空洞、または、不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を含む、透明なレンズ、
    を備え、
    前記透明なレンズが、凸面を含み、該凸面の少なくとも一部が、等角螺旋湾曲部を含む、色変換組立体。
  10. 前記凸面が、前記透明なレンズの接触面の方を指し示す頂点を有する陰のアキシコン窪みをさらに含む、請求項９に記載の組立体。
  11. 請求項９に記載の前記色変換組立体を備える表示デバイス、電子デバイス、または照明デバイス。
  12. 色変換組立体において、
    色変換媒質を含む少なくとも１つの空洞を形成するためにともに封止された透明な基材および反射基材、
    を備え、
    前記少なくとも１つの空洞が、連続したリング状の空洞、または、不連続のリング状のパターンで配置された複数の空洞を含む、色変換組立体。
  13. 請求項１２に記載の前記色変換組立体および少なくとも１つの発光素子を備える光学組立体。
  14. 光変換デバイスにおいて、
    第１の表面および対向する発光面を有する透明な基材、
    前記第１の表面上に配設された色変換媒質、および
    前記第１の表面上に配設されて前記色変換媒質の少なくとも一部を包封する反射層、
    を備える、光変換デバイス。
  15. 光変換デバイスを作製する方法において、
    色変換媒質を基材の第１の表面上でパターン化するステップ、および
    前記色変換媒質を包封するために保護層を前記第１の表面上に堆積させるステップ、
    を含み、前記基材または前記保護層の一方が、反射材料を含む、方法。
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