JP2019532344A - クランプされた光コンバータを有する光変換デバイス - Google Patents

クランプされた光コンバータを有する光変換デバイス Download PDF

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Abstract

本発明は、光変換デバイス130を記述し、当該光変換デバイスは、レーザ光10を該レーザ光10よりも長いピーク発光波長を持つ変換光20へと変換する光コンバータ134と、反射構造137を有するヒートシンク131と、光コンバータ134をヒートシンク131に機械的に結合するクランプ構造132であり、光コンバータ134とヒートシンク131との間での熱伝達が増大されるように、且つレーザ光10によって照らされるときに変換光20の少なくとも一部が反射構造137によって反射されるように、光コンバータ134をヒートシンク131の表面に押し付けるように構成されるクランプ構造と、を有し、光コンバータ134とヒートシンク131との間に接着剤も接続層も有しない。本発明は更に、このような光変換デバイス130を有するレーザベース光源100、及びそのようなレーザベース光源100を有する車両ヘッドライトを記述する。

Description

本発明は、クランプされた光コンバータを有する光変換デバイス、そのような光変換デバイスを有するレーザベース光源、及びそのようなレーザベース光源を有する車両ヘッドライトに関する。
高輝度光源においては、しばしば、例えばレーザによって発せられる青色光によって励起される光変換デバイスが使用されている。光変換デバイスの蛍光体は、ヒートシンクと当該蛍光体との間に配設される接着剤又ははんだの層によって、ヒートシンクに接着される。特に青色レーザ光の高強度と、蛍光体による光変換によって生じる高い温度とが、信頼性問題を引き起こすことがある。
そのような接着剤又ははんだの層を使用することに代えて、特開2012−226986号(特許文献1)は、光反射性と熱伝導性と流動性とを有する材料からなる接合部を用いることによって蛍光体層を基板に接合し、そして、例えば蛍光体層を上部から覆うとともに基板にネジ止めされる固定部材で構成されるといった固定手段によって、蛍光体層を基板に固定している。
特開2012−226986号公報
本発明の1つの目的は、改善された信頼性を持つ光変換デバイスを提供することである。本発明は、独立請求項によって規定される。従属請求項は有利な実施形態を規定する。
第1の態様によれば、光変換デバイスが提供される。当該光変換デバイスは、光コンバータを有する。該光コンバータは、レーザ光を変換光へと変換するように適応される。変換光のピーク発光波長は、前記レーザ光のレーザピーク発光波長よりも長い波長域にある。当該光変換デバイスは更に、反射構造を有するヒートシンクを有する。当該光変換デバイスは更に、光コンバータをヒートシンクに機械的に結合するクランプ構造を有する。該クランプ構造は、光コンバータとヒートシンクとの間での熱伝達が増大されるように、且つレーザ光によって照らされるときに変換光の少なくとも一部が反射構造によって反射されるように、光コンバータをヒートシンクの表面に押し付けるように構成される。接触圧の下限は、例えば、およそ1MPaとすることができ、これは、150μmの直径を持つ蛍光体に対して0.1Nの力と等価である。光コンバータとヒートシンクとの間の熱伝達率は、好ましくは10,000W/(mK)よりも高く、より好ましくは50,000W/(mK)よりも高く、そして最も好ましくは100,000W/(mK)よりも高い。光コンバータとヒートシンクとの間のこの比較的高い熱伝達率は、クランプ構造によって光コンバータがヒートシンクに押し付けられるときの力によって可能になる。
白色光への変換のための蛍光体のような光コンバータを加えた青色レーザに基づくレーザ源では、透過型と反射型との2つの基本的なセットアップタイプが存在する。前者の場合、同時にヒートシンクとして機能する透明基板上に蛍光体が取り付けられる。後者の場合、基板は反射性であり、これはしばしば金属ヒートシンクが使用されることを意味する。どちらのタイプでも、重大な要求は、光コンバータからヒートシンクへの接合部の低い熱抵抗である。さもなければ、熱の除去が妨げられることになり、熱ダメージにつながって、それが容易に壊滅的、すなわち、不可逆的になり得る。これを達成するため、通常、光コンバータとヒートシンクとの間に、“コネクタ材料”又は接着剤の薄い層が適用される。使用される接続技術が接着である場合、コネクタ材料又は接着剤は、光コンバータとヒートシンクとの間に配置された例えばシリコーンといった接着剤の薄い層となる。接続技術がはんだ付けである場合、はんだ付け可能材料、反射材料、及び反射率を更に高めるためのダイクロイックフィルタの多層スタックが光コンバータ又は蛍光体に付着され、それがヒートシンク上にはんだ付けされる。しかしながら、これらの“接続層”はどちらの場合にも問題につながる。すなわち、接着された層の場合、経時的な接着剤劣化(例えば褐変又は亀裂)なしに高温及び高照射レベルに耐える能力が限られる。はんだ付けされた層の場合、蛍光体の底面において高い反射率を達成するための労力が計り知れず、蛍光体プレートを研磨しなければならないし、高度に反射性の層を有する厚いダイクロイックフィルタ及び最後にはんだ付け可能な金属層を設けなければならない。これは、プロセスコストの観点と、ダイクロイックフィルタの厚さが数μmに近づく場合に熱抵抗の観点と、の双方で望ましくない。さらに、レーザ光の変換によって生じ得る高い熱負荷が、特にダイクロイックフィルタとその下の金属層との間で、多層スタックの剥離を引き起こしてしまい得る。
クランプ構造を有する光変換デバイスは、光コンバータとヒートシンクとの間のいかなる接着剤又は接続層も回避する。クランプ構造によって加えられる接触圧は、光コンバータに追加の力が加えられない場合と比較して、光コンバータとヒートシンクとの間の熱抵抗を低減させる。さらに、高強度のレーザ光及び高い熱負荷を有する領域とクランプ構造との間の距離が、クランプ構造の経年劣化を回避し又は少なくとも制限する。従って、上述の接着剤又は接続層によって引き起こされる信頼性問題が回避され得る。
クランプ構造は固定材料を有することができ、該固定材料が、光コンバータをヒートシンクの表面に押し付けるように構成される。固定材料は、光コンバータをヒートシンクに押し付けながら光コンバータを接着又ははんだ付けするのに適した任意の材料とすることができ又はそれを含むことができる。固定材料は更に、固定プロセス中に光コンバータがヒートシンクに押し付けられる接触圧の少なくとも一部を保存するように構成される。接触圧は、ヒートシンク上に置かれた光コンバータ(又はその逆)の単なる重量によって生じる接触圧よりも大きい。光コンバータは、例えば、機械的装置によってヒートシンクに押し付けられることができ、また、光コンバータの端部をヒートシンクの表面に機械的に結合するために、光コンバータの1つ以上の端部又は側面に、例えばシリコーンのような接着剤又は接着材が設けられ得る。接着剤又は接着材が光コンバータの1つ以上の端部とヒートシンク表面との間に信頼性ある機械的結合を提供する限り、圧力がかかる。接着剤又は接着材が固まるとすぐに、固定を作り出す間に使用された機械的装置が取り除かれる。
固定材料は、代わりに、ヒートシンクの表面上に光コンバータの少なくとも1つの側面を固定するためのはんだを有していてもよい。
代わりに、クランプ構造は、例えば光コンバータをヒートシンクの表面に押し付けるためのクランプといった、機械的構造を有していてもよい。機械的構造は、ヒートシンクに対して取り外し可能に又は恒久的に結合され得る。
光コンバータは、光コンバータの少なくとも1つの側面に取り付けられたクランプ結合器(クランピングカプラ)を有し得る。クランプ結合器は、光コンバータの側面のはんだ付け又は接着を可能にするのに適した任意の構造又は材料とし得る。光コンバータは、例えば、ディスク形状を有することができ、その側面に、光コンバータのはんだ付けを可能にするコーティングが設けられ得る。はんだ付けプロセスの間、光コンバータはヒートシンクに押し付けられる。クランプ結合器は、代わりに、光コンバータの周囲に配置されたフレームのような機械的構造であってもよい。フレームは、当該フレームによって光コンバータをヒートシンクに押し付けることができるように構成され得る。フレーム又はクランプ結合器は更に、光コンバータがヒートシンクに押し付けられたときにフレームとヒートシンクとの間に隙間が存在するように構成され得る。クランプ結合器ひいては光コンバータをヒートシンクに結合するために、フレームとヒートシンクとの間の隙間に接着剤又ははんだが配置され得る。クランプ結合器又はフレームは、代わりに、ネジによって固定されてもよい。熱伝達を増大させるために、ネジを用いて、クランプ結合器によって光コンバータに圧力を加え得る。
光コンバータは、光コンバータの少なくとも1つの側面に取り付けられた側面反射器(サイドリフレクタ)を有し得る。側面反射器は、変換光を反射するように構成される。側面反射器は更に、レーザ光を反射するように構成されてもよい。側面反射器は、クランプ構造又はクランプ結合器の一部であってもよい。側面反射器は、例えば、側面で光コンバータの接着又ははんだ付けを可能にする層と光コンバータと層との間に設けられたダイクロイックコーティングとし得る。
ヒートシンクは、光コンバータをはんだ付けするための少なくとも1つのはんだパッドを有し得る。該少なくとも1つのはんだパッドは、光コンバータと反射構造との間にはんだが溢れることを防ぐように構成され得る。はんだパッドは、反射構造を有する面とは反対側のヒートシンクの面に対して反射構造の高さよりも低い高さに配置され得る。光コンバータとヒートシンクとの間の接触領域と比較して低い高さのはんだパッドは、特に、はんだが硬化中に収縮する場合に、光コンバータとヒートシンクとの間の接触圧を支えることができる。従って、はんだは、冷却の間、固定プロセス中の接触圧を維持し得る。
その上に光コンバータが押し付けられる反射構造又はヒートシンクの全領域は、光コンバータと反射構造との間にはんだが溢れることを防ぐために、はんだをはじくものとし得る。
反射構造は、ダイクロイックフィルタと、ヒートシンクが有する熱伝導材料と該ダイクロイックフィルタとの間に配置された高反射性金属層とを有し得る。該熱伝導材料は、少なくとも20W/(mK)の熱伝導率を持つとし得る。
光変換デバイスは更にクランプ板を有し得る。クランプ構造は、該クランプ板によって光コンバータをヒートシンクに押し付けるように構成され得る。クランプ板は、レーザ光及び変換光に対して透明である透明材料とし得る。該透明材料は例えばサファイアとし得る。
接着剤又ははんだとし得る上記固定材料は、この場合、クランプ板を光コンバータ上に固定するように構成され得る。クランプ板及び光コンバータの双方が、この固定材料によって固定され得る。代わりに、光コンバータをヒートシンクに押し付けるためにクランプ板のみが固定されてもよい。
固定材料は、散乱粒子を備えた接着剤を有し得る。散乱粒子は、レーザ光又は変換光を散乱するように構成され得る。
クランプ構造は、クランプ板を光コンバータに締め付けるように構成された少なくとも1つのクランプを有し得る。クランプ構造は、代わりに、少なくとも1つのクランプホルダと、少なくとも1つのクランプ固定具とを有していてもよい。該少なくとも1つのクランプホルダは、クランプ板を受け入れる凹部を有し得る。該少なくとも1つのクランプ固定具は、該少なくとも1つのクランプホルダをヒートシンクに固定するように構成される。クランプ固定具は、例えば、クランプホルダ内の対応するネジ山の中に導き入れられることが可能なネジを有し得る。
更なる一態様によれば、レーザベース光源が提供される。当該レーザベース光源は、上述の光変換デバイスと、レーザ光を放つように適応された少なくとも1つのレーザとを有する。
レーザベース光源は、例えば青色レーザ光を放つ2つ、3つ、4つ、又はそれより多くのレーザを(例えば、アレイとして)有し得る。
更なる一態様によれば、車両ヘッドライトが提供される。当該車両ヘッドライトは、上述のレーザベース光源を少なくとも1つ有する。車両ヘッドライトは、上述のレーザベース光源を、2つ、3つ、4つ、又はそれより多く有していてもよい。光コンバータは、この場合、黄色蛍光体ガーネット(例えば、Y(3−0.4)Gd0.4,Al12:Ce)を有することができ、あるいは、それで構成されることができる。青色レーザ光と黄色変換光との混ぜ合わせを用いて白色光を生成し得る。青色レーザ光のおよそ21%は反射されることができ、残りの青色レーザ光が黄色光へと変換され得る。これは、例えば蛍光体におけるストークス損失を考慮に入れることにより、レーザベースの光源によって放出される混合光における26%の青色レーザ光と74%の黄色変換光との比率を可能にする。
理解されるべきことには、それぞれの独立項との従属項の如何なる組み合わせも本発明の一好適実施形態とすることができる。
更なる有利な実施形態が以下に規定される。
本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。
ここに、添付の図面を参照して、実施形態に基づいて、例として、本発明を説明する。図面は以下を示す。
光変換デバイスの第1の実施形態の主要略図を示している。 光変換デバイスの第2の実施形態の主要略図を示している。 レーザベース光源の第1の実施形態の主要略図を示している。 レーザベース光源の第2の実施形態の主要略図を示している。 レーザベース光源の測定結果を示している。
図面においては、全体を通して、似通った参照符号が同様のオブジェクトを表す。図中のオブジェクトは必ずしも縮尺通りに描かれていない。
以下、本発明の様々な実施形態を図面により説明する。
図1は、光変換デバイス130の第1の実施形態の主要略図を示している。セラミック蛍光体材料のシートを有する光コンバータ134が、クランプ構造132によってヒートシンク131の表面に押し付けられている。その上にセラミック蛍光体材料のシートが押し付けられるヒートシンク131の表面の一部が反射構造137を有している。反射構造137は、好ましくは青色波長域内のレーザ光10を(反射レーザ光11へと)反射するように構成される。レーザ光10は光コンバータ134に入り、少なくとも部分的に変換された光(変換光)20へと変換される。反射構造137は更に、変換光20(例えば黄色光)を反射するように構成される。クランプ構造132は、このケースでは、シリコン接着剤であり、所定の接触圧で光コンバータ134をヒートシンク131の表面に押し付けている間に硬化されている。反射構造137は、このケースでは、銀層と組み合わせたダイクロイックフィルタであり、銀層は、ダイクロイックフィルタとヒートシンク131の表面との間に設けられる。シミュレーションが示すことには、このようなクランプ構成の熱抵抗はクランプ(締め付け)力の増加と共に減少する。
Figure 2019532344
蛍光体のサイズは、0.3mm×0.3mmである。シミュレーション結果が明瞭に示すことには、クランプ力の増加とともに固体材料の熱伝達率及び薄いガス(空気)ギャップの熱伝達率が上昇する。表面の粗さのため、双方を考慮に入れなければならない。上の表に提示したシミュレーションでは、反射構造137及び光コンバータ134の双方に3nmの表面ラフネスRaを仮定している。クランプ力は、光コンバータとヒートシンクとの間の固体接触面積が増大するという更なる効果を有し得る。従って、クランプ構造によって提供される光コンバータとヒートシンクとの間の接触圧は、光コンバータとヒートシンクとの間の熱伝達率を上昇させる。これらのシミュレーションは、光コンバータ134又は反射構造137の複数の異なる表面ラフネスを用いたシミュレーションによって検証されている。結果は表面ラフネスに依存するが、一般的な傾向は、接触圧の増加とともに熱伝達率が上昇するということで同じである。測定結果は、図5に関して説明される。
図2は、光変換デバイス130の第2の実施形態の主要略図を示している。全体的な構成は、図1に関して説明した実施形態と同様である。光コンバータ134は、当該光コンバータ134の側面に側面反射器(サイドリフレクタ)136を備えている。側面反射器136は、このケースでは、ダイクロイックミラーを提供するように側面に堆積された異なる屈折率を持つ薄い層のスタック(例えば、TiO層とSiO層との交互スタック)である。側面反射器136は、光コンバータ134の比較的小さい側面に沿った光損失を制限することのみを必要とする。また、従来技術の構成では、ヒートシンクにはんだ付けされる厚いダイクロイックフィルタを用いて底部層における十分に高い反射率を可能にするために、光コンバータの底部層を研磨する必要があるが、この実施形態においては、光コンバータ134の底部層を研磨することは不要にされる。側面反射器136の上にクランプ結合器(クランピングカプラ)138が設けられている。クランプ結合器138は好ましくは、例えば銀又はアルミニウムなどの高度に反射性の層と、オプションの、側面に沿っての光コンバータ134のはんだ付けを可能にする更なるコーティング(例えば、ニッケル金仕上げ)とを有する。側面反射器136及びクランプ結合器138を備えた光コンバータ134が、ヒートシンク131の反射構造137に押し付けられる。そして、例えば金−錫であるはんだが、はんだパッド135上に設けられる。好ましくはフラックスフリーのはんだが、はんだパッド135とクランプ結合器138及び光コンバータ134の側面との間に信頼性ある接続が設けられるように加熱される。硬化したはんだが、はんだ付けプロセス中に加圧ツールによって提供された接触圧の少なくとも一部を保存するクランプ構造132として機能する。1つ以上の側面反射器136は、オプションでクランプ結合器138の1つ以上の金属層と組み合わされて、変換光20と、例えばヒートシンク131の反射構造137で反射された反射レーザ光11とを反射するように構成される。
図3は、レーザベース光源100の第1の実施形態の主要略図を示している。光コンバータ134とヒートシンク131との間に接触圧が提供されるように、透明なクランプ板139が光コンバータ134に押し付けられている。透明なクランプ板139は、例えば、側面で光コンバータ134とともに接着されたサファイアプレートである。接着剤に、粒径が〜100nmから数μmの例えばTiOである散乱粒子が“充填”される。このような接着剤は、典型的に、LED蛍光体の側面コーティングに使用されている。この接着剤が、サファイアプレート及び光コンバータ134(蛍光体)の周囲にサイドコートとしてディスペンスされ、そして、定位置でキュアされる。キュア後の接着剤の弾性が接着剤材料及びキュアプロセスの好適な選択によって十分に抑圧されるならば、このサイドコートは、サファイアプレート及び蛍光体を同時に押さえつけ、ヒートシンク基板への良好な熱接触を保証する。この接着剤は、硬化又はキュア後にクランプホルダ132として機能する。光コンバータ134は、サファイアプレート及びクランプホルダ132によって提供される圧力によって、この配置にて固定される。サファイアプレートを介して光コンバータ134(例えば、黄色蛍光体ガーネット)に入る青色レーザ光10を放つように、レーザ110が配置される。青色レーザ光10の一部が黄色変換光20へと変換される。ヒートシンク131の研磨面である反射構造137で反射された反射青色レーザ光11と変換光20との混ぜ合わせが、サファイアプレートを介して放射される。レーザベース光源100は、反射レーザ光11と変換光20との混ぜ合わせを有する白色光を放射するように構成される。
この接着された蛍光体/ヒートシンクパッケージは、過大なレーザパワーによる偶発的な照射に悩まされない。蛍光体と反射構造との間に不可逆的に損傷され得る接着剤層が存在しないため、高温での青色照射による長期劣化ももはや問題とならない。
側面コーティングは更に、クランプ板139の内側を導光される反射レーザ光11及び変換光20をカップリングアウトする助けとなり得る。当然ながら、サファイアの代わりに、他の好適な光学(半)透明材料が使用されてもよい。接着/キュアプロセス中の高い圧力が可能である。そのような高圧は、サファイア又は他のカバープレートなしで光コンバータ134のみに圧力が加えられるとした場合には危機的なものである。カバープレート内での光損失は、側面コーティング接着剤によって回避される。また、光変換デバイス130の組み立てでは、典型的な2つの工程((1)ヒートシンク131に対する光コンバータ134、(2)側面コーティング)の代わりに、1つの接着工程のみが必要とされる。
図4は、レーザベース光源100の第2の実施形態の主要略図を示している。光コンバータ134は、図3に関して説明した実施形態においてと同様に、クランプ板139によってヒートシンク131の研磨面上に押し付けられている。透明クランプ板139は、レーザ光10及び変換光20に対して透明である。クランプ構造は、このケースでは、機械的なクランプホルダ132a及び機械的なクランプ固定具132bを有している。クランプ固定具132bは、例えば、ヒートシンク131を通してクランプホルダ132aの対応するネジ山にねじ込まれるネジである。クランプ板139は、例えば、ネジがクランプホルダ132aを固定するときにクランプ板139に力を加えることができるように、クランプホルダ132aの凹部内に配置される。光コンバータ134とヒートシンク131との間の熱結合を改善するために、この力を用いて、光コンバータ134をヒートシンク131に押し付ける。
図5は、レーザベース光源の測定結果を示している。光変換デバイスの構成は、図4に関して説明した構成に非常に似たものとした。光コンバータ134をヒートシンク131上に押し付けるために、サファイアクランプ板139を光コンバータ134に押し付けた。ヒートシンク131は、レーザによって発せられる青色レーザ光に対して及び変換された黄色光に対して高度に反射性とした。光コンバータは、黄色蛍光体ガーネット(例えば、Y(3−0.4)Gd0.4,Al12:Ce)とした。この構成上に、6Wを超える青色光学出力を持つレーザ光を、蛍光体の有意な熱消光(サーマルクエンチ)なしで照射することができた。相対的な光出力151が、レーザ電流[mA]152の関数161としてプロットされている。980mAの電流が、蛍光体ターゲット位置で約6Wの光束に対応する。ほぼ線形のカーブ161から推測できることには、この蛍光体は、性能低下が予期され得るその消光点に到達していない。従って、ヒートシンク131に対する光コンバータ134の接触圧は、熱消光が回避されるような改善された熱伝達性を可能にする。
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明してきたが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものとみなされるべきである。
本開示を読むことにより、その他の変更が当業者に明らかになる。それらの変更は、技術的に既知であり且つここで既に述べた特徴に代えて又は加えて使用され得るような、その他の特徴を含んでいてもよい。
開示の実施形態への変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“a”又は“an”は複数の要素又はステップを排除するものではない。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解されるべきでない。
10 レーザ光
11 反射レーザ光
20 変換光
100 レーザベース光源
110 レーザ
130 光変換デバイス
131 ヒートシンク
132 クランプ構造
132a クランプホルダ
132b クランプ固定具
134 光コンバータ
135 はんだパッド
136 側面反射器
137 反射構造
138 クランプ結合器
139 クランプ板
151 相対的な光出力
152 レーザ電流
161 レーザ電流の関数としての光パワー

Claims (14)

  1. レーザ光を変換光へと変換するように適応された光コンバータであり、前記変換光のピーク発光波長は、前記レーザ光のレーザピーク発光波長よりも長い波長域にある、光コンバータと、
    反射構造を有するヒートシンクと、
    前記光コンバータを前記ヒートシンクに機械的に結合するクランプ構造であり、前記光コンバータと前記ヒートシンクとの間での熱伝達が増大されるように、且つ前記レーザ光によって照らされるときに前記変換光の少なくとも一部が前記反射構造によって反射されるように、前記光コンバータを前記ヒートシンクの表面に押し付けるように構成されたクランプ構造と
    を有し、
    前記光コンバータと前記ヒートシンクとの間に接着剤も接続層も有しない、
    光変換デバイス。
  2. 前記クランプ構造は、前記光コンバータの少なくとも1つの側面を前記ヒートシンクの前記表面に固定する固定材料を有し、該固定材料が、前記光コンバータを前記ヒートシンクの前記表面に押し付けるように構成される、請求項1に記載の光変換デバイス。
  3. 前記固定材料は、はんだを有する、請求項2に記載の光変換デバイス。
  4. 前記光コンバータは、前記光コンバータの前記少なくとも1つの側面に取り付けられたクランプ結合器を有する、請求項2又は3に記載の光変換デバイス。
  5. 前記光コンバータは、前記光コンバータの前記少なくとも1つの側面に取り付けられた側面反射器を有し、該側面反射器は、前記変換光を反射するように構成される、請求項2又は3に記載の光変換デバイス。
  6. 前記ヒートシンクは、前記光コンバータをはんだ付けするための少なくとも1つのはんだパッドを有し、該少なくとも1つのはんだパッドは、前記光コンバータと前記反射構造との間にはんだが溢れることを防ぐように構成される、請求項3に記載の光変換デバイス。
  7. 前記反射構造は、はんだをはじく、請求項3に記載の光変換デバイス。
  8. 前記反射構造は、ダイクロイックフィルタと、前記ヒートシンクが有する熱伝導材料と前記ダイクロイックフィルタとの間に配置された高反射性金属層とを有し、前記熱伝導材料は、少なくとも20W/(mK)の熱伝導率を持つ、請求項1又は2に記載の光変換デバイス。
  9. 当該光変換デバイスは更にクランプ板を有し、前記クランプ構造は、該クランプ板によって前記光コンバータを前記ヒートシンクに押し付けるように構成される、請求項1に記載の光変換デバイス。
  10. 前記クランプ構造は、前記光コンバータの少なくとも1つの側面を前記ヒートシンクの前記表面に固定する固定材料を有し、該固定材料が、前記光コンバータを前記ヒートシンクの前記表面に押し付けるように構成され、
    前記固定材料は更に、前記クランプ板を前記光コンバータ上に固定するように構成される、
    請求項9に記載の光変換デバイス。
  11. 前記固定材料は、散乱粒子を備えた接着剤を有する、請求項10に記載の光変換デバイス。
  12. 前記クランプ構造は、少なくとも1つのクランプホルダと、少なくとも1つのクランプ固定具とを有し、前記少なくとも1つのクランプホルダは、前記クランプ板を受け入れる凹部を有し、前記少なくとも1つのクランプ固定具は、前記少なくとも1つのクランプホルダを前記ヒートシンクに固定するように構成される、請求項9に記載の光変換デバイス。
  13. 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の光変換デバイスと、
    前記レーザ光を放つように適応された少なくとも1つのレーザと、
    を有するレーザベース光源。
  14. 請求項13に記載のレーザベース光源を少なくとも1つ有する車両ヘッドライト。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019175570A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクター

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020002074A1 (en) 2018-06-26 2020-01-02 Lumileds Holding B.V. Light converting device with ceramic protection layer
CN109668113A (zh) * 2019-03-01 2019-04-23 苏州晶清光电科技有限公司 一种远近光一体的激光大灯
CN109737354A (zh) * 2019-03-01 2019-05-10 苏州晶清光电科技有限公司 远近光一体的照明灯
JP2021136377A (ja) 2020-02-28 2021-09-13 日亜化学工業株式会社 波長変換部材及び発光装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012226986A (ja) * 2011-04-20 2012-11-15 Stanley Electric Co Ltd 光源装置および照明装置
JP2013057850A (ja) * 2011-09-09 2013-03-28 Seiko Epson Corp 波長変換素子、光源装置、及びプロジェクター
CN103840067A (zh) * 2013-12-31 2014-06-04 吴震 波长转换装置和发光装置
JP2015087750A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 中強光電股▲ふん▼有限公司 波長変換フィルタリングモジュール及び光源システム
WO2015068562A1 (ja) * 2013-11-08 2015-05-14 日本電気硝子株式会社 プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス
JP2015230322A (ja) * 2014-06-03 2015-12-21 セイコーエプソン株式会社 光源装置、およびプロジェクター
JP2016154063A (ja) * 2013-06-21 2016-08-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 波長変換部材、光源、及びランプ
WO2016142258A1 (en) * 2015-03-11 2016-09-15 Koninklijke Philips N.V. Light emitting device cooling

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI292961B (en) * 2002-09-05 2008-01-21 Nichia Corp Semiconductor device and an optical device using the semiconductor device
US9441793B2 (en) * 2006-12-01 2016-09-13 Cree, Inc. High efficiency lighting device including one or more solid state light emitters, and method of lighting
US7942556B2 (en) * 2007-06-18 2011-05-17 Xicato, Inc. Solid state illumination device
CN105481362A (zh) 2008-06-02 2016-04-13 松下电器产业株式会社 半导体发光设备以及使用所述半导体发光设备的光源设备
US8556437B2 (en) * 2009-12-17 2013-10-15 Stanley Electric Co., Ltd. Semiconductor light source apparatus and lighting unit
CN103180658B (zh) * 2010-03-03 2018-06-05 克利公司 具有热扩散元件和导光光学器件的固态灯
US9441155B2 (en) * 2012-06-06 2016-09-13 Sharp Kabushiki Kaisha Wavelength converting member, light-emitting device, illuminating device, vehicle headlight, and method for producing wavelength converting member
JP6622090B2 (ja) 2013-01-16 2019-12-18 ルミレッズ ホールディング ベーフェー 発光サファイアをダウンコンバータとして使用するled
US9644817B2 (en) * 2013-02-09 2017-05-09 Hisham Menkara Phosphor sheets
EP2803715B1 (en) 2013-05-16 2020-02-26 LG Innotek Co., Ltd. Phosphor and light emitting device package including the same
CN105874616B (zh) * 2014-01-02 2019-05-10 飞利浦照明控股有限公司 包括可释放波长转换器的发光设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012226986A (ja) * 2011-04-20 2012-11-15 Stanley Electric Co Ltd 光源装置および照明装置
JP2013057850A (ja) * 2011-09-09 2013-03-28 Seiko Epson Corp 波長変換素子、光源装置、及びプロジェクター
JP2016154063A (ja) * 2013-06-21 2016-08-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 波長変換部材、光源、及びランプ
JP2015087750A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 中強光電股▲ふん▼有限公司 波長変換フィルタリングモジュール及び光源システム
WO2015068562A1 (ja) * 2013-11-08 2015-05-14 日本電気硝子株式会社 プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス
CN103840067A (zh) * 2013-12-31 2014-06-04 吴震 波长转换装置和发光装置
JP2015230322A (ja) * 2014-06-03 2015-12-21 セイコーエプソン株式会社 光源装置、およびプロジェクター
WO2016142258A1 (en) * 2015-03-11 2016-09-15 Koninklijke Philips N.V. Light emitting device cooling
JP2018509763A (ja) * 2015-03-11 2018-04-05 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. 発光デバイス冷却

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019175570A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、波長変換素子の製造方法、照明装置およびプロジェクター
JP7119486B2 (ja) 2018-03-27 2022-08-17 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、照明装置およびプロジェクター

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