JP6588564B2 - 高輝度発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、高輝度発光装置に関する。

光を発する高輝度源は、スポット、ステージ照明、ヘッドライト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興味深いものである。このために、第１の波長の光を第２の波長の光に変換する波長変換部材を有する所謂光コンセントレータを使用することが考えられる。一般に、波長変換部材は、より短い波長の光のかなりの部分をより長い波長を有する光に変換する。波長変換部材は、更に、ロッド内でより長い波長を有する光を生じるように、光源により照明されるロッドとして成形されることができる。変換された光は、例えば、全反射によってロッド内を輸送され、前記ロッドの小さい又は短い（即ち前記ロッドの光入射表面より小さい）側の１つから抽出されることができ、ロッドから発された前記変換された光における強度の利得の増大に至る。

しかしながら、このような光コンセントレータベースの光源はむしろ非効率的であり、或るアプリケーションのために必要とされる高輝度を得ることはやりがいのあることである。

代替的には、望ましいスペクトルの分布を有する高強度光源は、発光ダイオード、ＬＥＤ又はレーザのような、明るい光源を使用しているシステムによって得られることができ、光源により発される高強度光ビームは、蛍光体要素のような波長変換部材を有する回転ホイールに送られる。回転ホイールの波長変換部材と相互に作用する光源からの光の量は、発される光のスペクトル分布を決定する。しかしながら、機械的可動部を有することは、システムの信頼性を低下させる。

本発明の目的は、少なくとも上述の問題のいくらかを解決する、及び改善された光出力を有する発光装置を提供することにある。

本発明の１つの見地によれば、この目的及び他の目的は、発光装置を提供することにより達成される。前記発光装置は、波長変換部材上へ第１の波長の光を発するように配される高輝度光源であって、前記波長変換部材は、第２の波長の光を発する、並びに第１の波長の光を伝達させる及び／又は第１の波長の光を反射するように配されている、高輝度光源と、前記波長変換部材から発される、伝達される及び／又は反射される光を集光するように配されている集光レンズとを有する。前記波長変換部材は、前記第１の波長の光を前記第２の波長の光に変換するように配される波長変換要素と、前記第２の波長の光を反射するように配される反射性熱伝導要素と、前記第１及び第２の波長の光を伝達するように配されるビーム成形熱伝導要素とを有し、前記ビーム成形熱伝導要素は、集光レンズの集光角内の角度分布によって、前記第１及び第２の波長の光を指向するように配されている。前記波長変換要素は、前記ビーム成形熱伝導要素と直接的に熱的接触をしていると共に、前記反射性熱伝導要素と熱的接触をしている。

高輝度光源なる語は、高い輝度を有するように配されている光源として理解されなければならない。前記輝度は、好ましくは０．５ＧＣｄ／ｍ^２よりも大きく、好ましくは１ＧＣｄ／ｍ^２よりも大きく、最も好ましくは３ＧＣｄ／ｍ^２よりも大きい。

ビーム成形熱伝導要素なる語は、光の特性が変化されるように光に作用する要素として理解されなければならない。前記ビーム成形熱伝導要素は、例えば、光の方向及び／又は光の伝搬経路を変化させることができる。前記ビーム成形熱伝導要素は、更に、前記光の空間拡張に更に影響を与えることができる。前記ビーム成形熱伝導要素は、例えば、レンズを有することができる。

「波長変換要素」なる語は、前記第１の波長の光を前記第２の波長の光に変換する何らかの要素として理解されなければならない。前記波長転換は、照明光の波長に対する、変換された発された光の波長におけるストークスシフトの生成を提供するりん光（phosphorescence）、蛍光及び／又は発光によるものであり得る。

「反射性熱伝導要素」なる語は、光が再指向されるように前記光を反射する何らかの要素として理解されなければならない。

本発明者らによって、思いがけず本発明によるセットアップが見出され、前記波長変換部材は、前記反射性熱伝導要素及び前記ビーム成形熱伝導要素を有し、反射性熱伝導要素のみを使用している従来のセットアップによるものよりも４倍高い光出力を与える。更に、前記発光装置のためのエタンデュは、前記第１の波長の光の光ビームのスポットの大きさが比較的小さく設定されることができるので、従来の発光装置と比較して大きくあることができる。前記第１の波長の光のよく焦束された光ビームが、使用されることができる。

従って、高輝度光源からの焦束された光は、第１及び第２の波長の混合光によって、高輝度の白色光を得るために利用される。前記白色光は、例えば、青色光が前記波長変換部材によって黄色光に部分的に変換される場合に得られることができる。しかしながら、発光装置の輝度は、前記波長変換部材が扱うことができる光の強度の量により制限される。前記波長変換要素が前記反射性熱伝導要素と直接的に熱的接触をしていると共に、前記ビーム成形熱伝導要素と熱的接触をしていることを利用することによって、前記波長変換部材のための改善された熱伝導率が達成される。従って、上述されたように、改善された熱伝導率を利用することによって、前記発光装置により発される光のスポット大きさを減少することができる。このことは、結果として、発光装置のための拡大されたエタンデュもたらす。前記反射性熱伝導要素と同様にビーム成形熱伝導要素は、前記波長変換要素の温度を低下させるヒートシンクとして働く。従って、前記波長変換要素の量子収量は、非常に改善される。更に、前記ビーム成形熱伝導要素を集光レンズの集光角内の角度分布によって、前記第１及び前記第２の波長の光を指向するように配することによって、前記発光装置内で失われる光の量が大いに減少されることができる。

従って、従来の発光装置と比較して、エタンデュを保持する又は実際に増大させる増大された輝度又は強度を提供するように配された発光装置が達成される。増大された輝度又は強度は、前記波長変換部材の改善された熱特性と、前記波長変換部材により発される、伝達される又は反射される光の改善された集光との組み合わせにより達成される。増大されたエタンデュは、前記波長変換部材の前記波長変換要素に当たる高輝度光源のスポットの大きさを減少することを可能にする改善された熱特性により達成される。

前記ビーム成形熱伝導要素は、半球状、球面又はフレネルレンズとして形成される。半球状レンズは、高い熱伝導率を有するサファイヤのような材料によって製造し易いのに対し、フレネルレンズは、製造が難しいが平坦で比較的薄くあることができる。

前記波長変換要素は、材料のドープされた部分を有することができ、前記ビーム成形熱伝導要素は、材料のドープされていない部分を有する。波長変換部材の単純化された製造は、前記ビーム成形熱伝導要素及び前記波長変換要素に同一の材料を使用することにより得られることが可能である。前記材料のドーピングは、前記第１の波長の光が前記第２の波長の光に変換されるように、前記波長変換要素の光転換を容易にするためのものであると理解されなければならない。ドーピングによって、材料の所望の部分が光の波長転換を提供する。更に、前記ビーム成形熱伝導要素及び前記波長変換要素に同一の材料を使用することにより、２つの要素間の改善された熱結合が達成されることができる。

前記波長変換要素及び／又はビーム成形熱伝導要素は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）又はルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）を有することができる。

前記波長変換要素は、Ｃｅによってドープされた、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）又はルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）を有する。

前記波長変換要素は、ドープされたＡｌ_２Ｏ_３を有することができる。

前記ビーム成形熱伝導要素は、ＣａＦ、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド又はガラスを有することができる。

光源は、モノクロでもよい。

光源は、レーザダイオード及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を有することができる。

前記発光装置は、波長変換部材から生じ集光レンズにより集光される光を混合するように配される混合部材を更に有し、この結果、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光は前記混合部材内で混合される。従って、空間的により一様なスペクトルの分布を有する光を発する発光装置が達成されることができる。

前記発光装置は、前記波長変換部材から生じ前記集光レンズにより集光される光を、前記光が集光レンズを出た後に前記混合部材内に焦束するように配される付加的なレンズを更に有することができる。これにより混合チャンバ内への光のより効率的な結合を得ることができる。

本発明、及び本発明の更なるフィーチャ及び有利な点は、前記添付請求項及び以下の記載を研究する際に明らかになるであろう。当業者であれば、本発明の異なるフィーチャが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、以下に記載されるもの以外の実施例を創るために組み合わせられることが可能であると理解するであろう。

本発明の上述及び他の見地は、本発明の実施例を示している添付の図面を参照して、ここで、以下で詳細に記載される。

発光装置の側断面面図を示している。 発光装置の側断面面図を示している。 発光装置の波長変換部材の側断面面図を示している。

図に示されているように、層及び領域の大きさは、説明の便宜上誇張され、従って、本発明の実施例の全体的な構造を示すために提供されている。類似の符号は、全体にわたって、類似の要素を示している。

本発明は、本発明の現在好適な実施例が示されている添付図面を参照して、以下で十分に詳細に記載される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態において実施されることができ、本願明細書に記載される実施例に限定されるものであると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施例は、徹底及び完全さのために提供されているものであり、当業者に本発明の範囲を十分に伝える。

図１及び２に関連して、発光装置１００、２００の２つの代替的な実施例が開示される。図１及び２に示された発光装置１００、２００の機能は、対応する高輝度光源１０２から発される第１の波長１１０のどれくらいの光が波長変換部材１０４に指向されるかに関して類似である。図１には発光装置の反射配置１００が示されており、図２には発光装置２００の伝達配置が示されている。両方の発光装置２００に共通するのは、波長変換部材１０４を使用して第１の波長の光１１０を第２の波長の光１１２に部分的に変換することによって、高輝度の白色光が得られることである。以下で、それぞれの発光装置１００、２００の対応する波長変換部材１０４上の第１の波長１１０の光の方向は、発光装置１００、２００の各実施例に関して別個に議論される。この後、発光装置１００、２００の機能は、異なる実施例に関して共通して議論されるであろう。

発光装置１００は、高輝度光源１０２、波長変換部材１０４、リフレクタ１０６、及び集光レンズ１０８を有する。リフレクタ１０６は二色性のリフレクタであっても良い。しかしながら、当業者であれば、前記リフレクタは、他の実施例において鏡又は回析格子であっても良いことを理解するであろう。リフレクタ１０６は、第１の波長１１０の光を反射するように配される。リフレクタ１０６は、二色性のリフレクタである場合、第２の波長１１２の光を伝達するように配される。高輝度光源１０２は、第１の波長１１０の光を発するように配される。光学要素１０３は、光源１０２により発される光をコリメートする及びリフレクタ１０６上に第１の波長の光のコリメートビームを供給するように、光源１０２の後に、即ち光源１０２により発される光の経路内に配される。光学要素１０３は、コリメータレンズであっても良い。代替的には、コリメータレンズを使用する代わりに、コリメート機能は、放物線状リフレクタのような、湾曲されたリフレクタにより達成されることができる。この場合、高強度光源１０２は、前記放物線状のリフレクタの焦点内に位置されることができる。リフレクタ１０６上の光源１０２から発される第１の波長１１０の光は、反射され波長変換部材１０４に向けて指向される。集光レンズ１０８は、第１の波長１１０の光を波長変換部材１０４に焦束させるように配される。

発光装置２００は、図２に示されるように、高輝度光源１０２、波長変換部材１０４及び集光レンズ１０８を有する。高輝度光源１０２は、第１の波長１１０の光を発するように配される。光学要素１０３は、光源１０２により発される光を焦束する及び波長変換部材１０４上の第１の波長の光の焦束ビームを供給するように、光源１０２の後ろに、即ち光源１０２により発される光の経路に配される。光学要素１０３は、焦束レンズでもよい。従って、光源１０２から発される第１の波長１１０の光は、波長変換部材１０４上に焦束されるように配される。

以下の記載は、図１に関連して開示される発光装置１００及び図２に関連して開示される発光装置２００の実施例の両方に向けられている。

波長変換部材１０４は、第１の波長１１０の光を第２の波長１１２の光に変換するように配される。波長変換部材１０４は、更に、第２の波長１１２の光を発するように配される。波長変換部材１０４は、更に、第１の波長１１０の光を反射する及び／又は伝達させるように配される。図１に示される実施例によれば、波長変換部材１０４は、好ましくは第１の波長１１０の光を反射するように配される。図２に示される実施例によれば、波長変換部材１０４は、好ましくは第１の波長１１０の光を伝達するように配される。

集光レンズ１０８は、波長変換部材１０４から発され、伝達され及び／又は反射される光（様々な波長、特に第１及び第２の波長の光）を集光するように配される。集光レンズ１０８は、集光レンズ１０８の焦点における光のコリメーションを提供するコリメータレンズと称されることもでき、即ち光の実質的に平行な光ビーム１１４が集光レンズ１０８を出ることができる。集光レンズ１０８は、ここでは平凸レンズとして示されるが、当業者であれば、他のレンズ又は鏡及びレンズ又は鏡の系が使用されることができることを理解するであろう。

発光装置１００、２００は、混合部材１２６を有することができる。混合部材１２６は、混合部材１２６に入る光１２８を混合するように配される。混合部材１２６に入っている光１２８は、波長変換部材１０４から生じ、空間的に変化するスペクトルの組成を有することができ、即ち第１の波長１１０の光及び第２の１１２の波長の光は、空間において分離されることができる。混合部材１２６に入る光１２８は、例えば複数の反射及び／又は回折によって空間的に混合される。このことにより、混合部材１２６を出る光１３０は、混合部材１２６に入る光１２８よりも空間的に一様なスペクトルの分布を有することができる。このことにより光の空間的により一様な出力を提供する発光装置１００、２００が得られる。

高輝度光源１０２はモノクロであっても良く、例えば青色光を発する。

第１の波長１１０の光は青色光であっても良く、第２の波長１１２の光は、黄色光のような、第１の波長１１０よりも長い波長を有することができる。青色及び黄色光の組合せは、白色光を生じることができる。青色及び黄色光を混合部材１２６によって混合することによって、発光装置１００は、より一様なスペクトルの分布を有する白色光１３０を供給することができる。

混合部材１２６は光ファイバであっても良い。これにより、単純な費用効果的及び可撓性の混合部材１２６が達成されることができる。混合部材１２６に入る光１２８は、更に、全反射によって光ファイバのコア内で効率的に伝搬することができる。

混合部材１２６は、代替的には透明なロッドでもよい。

ロッド又は光ファイバの断面は非円形であっても良く、例えば、光の混合を改善するために正方形、六角形又は八角形の断面を有することができる。

発光装置１００、２００は、更に、波長変換部材１０４から生じる光を焦束するための付加的なレンズ１３２を有することができ、前記光は付加的なレンズ１３２によって、混合部材１２６内に集光される。これにより混合部材１２６への光のより効率的な結合を得ることができ、発光装置１００、２００からの増大された光出力が達成されることができる。

図３ａ、３ｂ及び３ｃにおいて、発光装置１００、２００の何れかにおける波長変換部材１０４として配されるのに適した波長変換部材３００ａ、３００ｂ、３００ｃの実施例の側断面図が示されている。波長変換部材３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、波長変換要素３０２、反射性熱伝導要素３０４及びビーム成形熱伝導要素を有する。波長変換要素３０２は、反射性熱伝導要素と直接的に熱的接触をしていると共に、ビーム成形熱伝導要素３０６と熱的に接触している。波長変換要素３０２は、反射性熱伝導要素３０４に対して化学的に結合されることができる。従って、有機接着剤又は他の材料（高強度光スポットを当てられた際に燃焼する）は必要ない。

波長変換部材３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、発光装置１００、２００の集光レンズ１０８に面するように配された前面３０８を有する。ビーム成形熱伝導要素３０６は、波長変換部材３００ａ、３００ｂ、３００ｃの前面３０８に配されている。波長変換部材３００ａ、３００ｂ、３００ｃは背面３１０を有し、当該背面は前面３０８の反対側にある。反射性熱伝導要素３０４は、波長変換部材３００ａ、３００ｂ、３００ｃの背面３１０に配される。

波長変換部材３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、反射性波長変換部材でもよい。反射性波長変換部材によって、自身の前面３０８において、光による照射を受けるように配されている波長変換部材を意味している。波長変換部材３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、伝達性波長変換部材であっても良い。伝達性波長変換部材によって、第１の波長の光が波長変換要素３０２に到達するように、自身の背面３１０から第１の波長の光によって照射を受けるように配されている波長変換部材を意味している。

波長変換要素３０２は、第１の波長の光を第２の波長の光に変換するように配される。波長変換要素３０２は、更に第２の波長の光を発するように配される。

波長変換要素３０２は、セラミック蛍光体のような、蛍光体材料を有することができる。セラミック蛍光体は、高い熱伝導率を有するＬｕｍｉｒａｍｉｃのような、Ｃｅ又はＬＵドープのＹＡＧセラミックであっても良い。波長変換要素３０２は、代替的には又は更に、有機蛍光色素又は量子ドットを有する。

量子ドットは、一般に、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。入射光により励起される場合、量子ドットは、結晶の大きさ及び材料により決定される色の光を発する。従って、特定の色の光が、ドットの大きさを適応させることにより生成されることができる。可視範囲内の発光を有する大部分の既知の量子ドットは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）のようなシェルを有するカドミウム・セレン化物（ＣｄＳｅ）に基づくものである。インジウム・リン化物（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）のような、カドミウムのない量子ドットも使用されることができる。量子ドットは非常に狭い発光バンドを示し、従って、これらは飽和色を示す。更に、発光色は、量子ドットの大きさを適応させることによって容易に調整されることができる。従来技術において知られている量子ドットの如何なる種類も、本発明において使用されることができる。しかしながら、カドミウムのない量子ドット又は少なくとも非常に低いカドミウム含有量を有する量子ドットを使用することは、環境安全性及び懸念の理由のために好まれ得る。

波長変換要素３０２は、更に又は代替的に、無機蛍光体を有することができる。無機蛍光体材料の例は、これらに制限されるわけではないが、セリウム・ドープ（Ｃｅ）ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）又はＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を含む。ＣｅドープされたＹＡＧは黄色がかった光を発するが、Ｃｅドープされた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体材料の例は、これらに限定されないが、ＥＣＡＳ及びＢＳＳＮを含むことができ、ＥＣＡＳはＣａ_１―ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ_ｘ（ここで０＜ｘ≦１、好ましくは０＜ｘ≦０．２）であり、ＢＳＳＮはＢａ_{２―ｘ―ｚ}Ｍ_ｘＳｉ_５―ｙＡｌ_ｙＮ_８―ｙＯ_ｙ（ここで、Ｍは、Ｓｒ又はＣａを表しており、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦４及び０．０００５≦ｚ≦０．０５であり、好ましくは０≦ｘ≦０．２）である。

従って、波長変換要素３０２の発光材料は、本質的には、（Ｍ＜Ｉ＞_{１―ｘ―ｙ}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）_３（Ｍ＜ＩＶ＞_１―ｚＭ＜Ｖ＞_ｚ）_５Ｏ_１２―（ここで、Ｍ＜Ｉ＞はＹ、Ｌｕ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙｂ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌであり、Ｍ＜Ｖ＞はＧａ、Ｓｃ又はこれらの混合物を含むグループから選択され、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦１である）と；（Ｍ＜Ｉ＞_{１―ｘ―ｙ}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘ，Ｍ＜ＩＩＩ＞_ｙ）_２Ｏ_３―（ここで、Ｍ＜Ｉ＞はＹ、Ｌｕ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＧｄ、Ｌａ、Ｙｂ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＴｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｂｉ、Ｓｂ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１である）と；（Ｍ＜Ｉ＞_{１―ｘ―ｙ}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）Ｓ_１―ｚＳｅ_ｚ―（ここで、Ｍ＜Ｉ＞はＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｓｂ、Ｓｎ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＫ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、０≦ｘ≦０．０１、０≦ｙ≦０．０５、０≦ｚ≦１である）と；（Ｍ＜Ｉ＞_{１―ｘ―ｙ}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）Ｏ―（ここで、Ｍ＜Ｉ＞はＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１である）と；（Ｍ＜Ｉ＞_２―ｘＭ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_２）Ｏ_７―（ここで、Ｍ＜Ｉ＞はＬａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｂａ、Ｓｒ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＥｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、０≦ｘ≦１である）と；（Ｍ＜Ｉ＞_１―ｘＭ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_１―ｙＭ＜ＩＶ＞_ｙ）Ｏ_３―（ここで、Ｍ＜Ｉ＞はＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩ＞はＥｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞はＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、Ｍ＜ＩＶ＞は、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ又はこれらの混合物を有するグループから選択され、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１である）とを有するグループから選択された材料から作られても良い。

波長変換要素３０２の特に適切な発光の材料は、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／又はルテチウム―アルミニウム―ガーネット（ＬｕＡＧ）である。

波長変換要素３０２の熱伝導率は、好ましくは２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^ー１よりも高く、好ましくは６Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^ー１よりも高く、最も好ましくは２０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^ー１よりも高い。

波長変換要素３０２は、好ましくは第１の波長の光のスポットと同じ大きさのものである。典型的な大きさは、直径において２００μｍ、４００μｍ及び／又は６００μｍである。

反射性熱伝導要素３０４は、反射表面を有する。反射性熱伝導要素３０４は第１の波長の光を反射するように配され、反射性熱伝導要素３０４は第２の波長の光を反射するように配される。反射性熱伝導要素３０４は、回折格子、鏡又は他の適切なリフレクタを有することができる。これにより光の効率的な再分配が達成され、発光装置１００、２００からの発光は大いに増大される。

反射性熱伝導要素３０４は、更に波長変換要素３０２において生成される熱を分配するように配される。反射性熱伝導要素３０４は、銀、アルミニウム、窒化ホウ素、微孔質形成されたポリエチレン・テレフタル酸塩（ＭＣＰＥＴ）、半透明多結晶アルミナ・セラミック（ＰＣＡ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、又はこれらの組み合わせを有する材料のグループから選択された材料を有することができる。反射性熱伝導要素３０４は、アルミニウム又は銀のような、鏡面反射性又は拡散反射性の材料を有することができる。反射部材は、反射と、改善された熱管理を提供する改善された熱伝導率とを提供する、アルミニウム又は窒化ホウ素を有することもできる。反射性熱伝導要素３０４の熱伝導率は、好ましくは、２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高く、好ましくは６Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高く、最も好ましくは２０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い。波長変換要素３０２は、反射性熱伝導要素３０４と熱的に接触している。

幾つかの実施例に関して、波長変換要素３０２は反射性熱伝導要素３０４と直接的に熱的接触をしている。このことは、図３ａ及び３ｂの実施例において示されている。ここで、波長変換要素３０２は、好ましくは反射性熱伝導要素３０４に化学的に結合されている。従って、有機接着剤又は他の材料（高強度光源スポットを当てられた際に燃焼する）は必要ない。幾つかの実施例に関して、波長変換要素３０２が反射性熱伝導要素３０４と間接的に熱的接触をしている。間接的な熱的接触は、ビーム成形熱伝導要素３０６を介して成されており、波長変換要素３０２は、ビーム成形熱伝導要素３０６内に埋め込まれる。このことは、図３ｃの実施例において示されている。これにより熱の効率的な再分配及び放射が達成され、発光装置１００、２００からの発光が増大される。このことは、波長変換要素３０２上の熱負荷を低下させる。従って波長変換要素３０２の量子効率が増大される。

ビーム成形熱伝導要素３０６は、第１及び第２の波長の光を伝達するように配されている。更に、ビーム成形熱伝導要素３０６は、集光レンズ１０８の集光角内の角度分布によって、第１及び第２の波長の光を指向するように配されている。従って、ビーム成形熱伝導要素３０６は、発光装置１００、２００の光導出結合の効率を大いに増大させる。

図３ａにおいて示されている波長変換部材３００ａの実施例において、ビーム成形熱導要素３０６は、波長変換要素３０２上に配される。図３ｂに示されている波長変換部材３００ｂの実施例において、ビーム成形熱伝導要素３０６は、前記波長変換要素の底側を除いて、波長変換要素３０２を覆うように配される。従って、波長変換要素３０２は、代わりに波長変換要素３０２が反射性熱伝導要素３０４に面している底側を除いて、全ての側からビーム成形熱伝導要素３０６によって囲まれている。図３ｃに示される波長変換部材３００ｃの実施例において、ビーム成形熱伝導要素３０６は、全ての側から波長変換要素３０２を囲むように配されている。従って、反射性熱伝導要素３０４は、ビーム成形熱伝導要素３０６と直接的に熱的接触をしていることができる。このことは、波長変換要素３０２から外方への熱伝導率を向上させている。

反射性発光装置１００の場合、ビーム成形熱伝導要素３０６は、波長変換要素３０２上に照射される第１の波長の光のスポットの大きさを減少させる機能も有する。

ビーム成形熱伝導要素３０６は、高い熱伝導率を有する材料を有する。ビーム成形熱伝導要素３０６は、波長変換要素３０２内に生じる熱を分配するように配される。波長変換要素３０２は、ビーム成形熱伝導要素３０６と直接的に熱的接触をしている。これにより熱の効率的な再分配及び放散が達成され、発光装置１００、２００からの発光は増大される。このことは波長変換要素３０２上の熱負荷を下げるであろう。従って、波長変換要素３０２の量子効率が増大される。

波長変換要素３０２は、ビーム成形熱伝導要素３０６に化学的に結合されることもできる。従って、高強度光源スポットにおいて燃焼する有機接着剤又は他の材料は、必要ない。代替的には、波長変換要素３０２は、ビーム成形熱伝導要素３０６内に埋め込まれることができる。このことは、図３ｂ及び３ｃにおいて示されている。波長変換要素３０２をビーム成形熱伝導要素３０６内に埋め込むことによって、波長変換要素３０２から外方への熱伝導率が向上されることができる。更に、このことは波長変換要素３０２の側部冷却を可能にする。ビーム成形熱伝導要素３０６の熱伝導率は、好ましくは２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも大きく、好ましくは６Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも大きく、最も好ましくは２０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも大きい。

ビーム成形熱伝導要素３０６は、セラミック材料、ＣａＦ、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド及び／又はガラスでできていても良い。上述したように、波長変換要素３０２は、セラミック材料（例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット、ＹＡＧ又はルテチウム・アルミニウム・ガーネット、ＬｕＡＧ）のドープされた部分を有することができる。その場合、ビーム成形熱伝導要素３０６は、好ましくは、それぞれ、ＹＡＧ又はＬｕＡＧである。ＹＡＧ又はＬｕＡＧを使用する利点は、ビーム成形熱伝導要素３０６の複雑な形状が作られることができることにある。また、ＣａＦも複雑な形状に成形されることができる。

当業者であれば、本発明が上述の好ましい実施例に決して限定されるものではないと理解するであろう。逆に、多くの変形及び変化は、添付の請求項の範囲内で可能である。

反射性熱伝導要素は、ビーム成形熱伝導要素と直接的に熱的接触をしていても良い。このことは、更に、波長変換部材の熱特性さえも向上させる。従って、波長変換部材内の熱伝導率を向上することができる。

全ての実施例において、熱伝導ビーム成形要素３０６は波長変換要素３０２上に配される。このことは、波長変換要素３０２からの熱除去を改善する。更に、このことは、波長変換部材１０４から発され、伝達され及び／又は反射される光の集光を改善する。従って、システム効率は大いに改善される。このようなビーム成形要素も、スポット大きさを減少させる機能を有する。熱伝導ビーム成形要素は、高い熱伝導率を有する材料でできていると共に、前記波長変換要素上の熱負荷を低下させるためのヒートシンクとして作用する反射性熱伝導要素に接続されている。

反射性発光装置の実施例において、熱伝導ビーム成形要素は、前記波長変換要素上のスポット大きさを低下させるレーザ光を集光することもできる。発光装置の伝達性の実施例において、図２に示されたように、高強度光（例えば、レーザ光）は、下方から反射性熱伝導要素を介して波長変換要素に入る。

例えば、ビーム成形熱伝導要素３０６は異なる形をとることができ、例えば、形半球状の、球面、自由な型又はフレネルレンズの形態であり得る。

波長変換要素３０２及びビーム成形熱伝導要素３０６は、単一の要素に焼結されることができる。

反射性熱伝導要素３０４及びビーム成形熱伝導要素３０６は、類似の材料でできていても良い。

本発明の実施例による照明装置は、例えば、有利には、デジタル・プロジェクタ、スポット光、ステージ光、スタジアム光又は自動車ヘッド光において利用されることができる。

更に、開示された実施例に対する変更は、添付の図面、開示及び添付の請求項の研究から、添付の請求項に係る本発明を実施する当業者により理解され達成されることができる。添付の請求項において、「有する」なる語は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数形を排除するものではない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されることができないと示すものではない。

Claims (13)

1. 波長変換部材上に第１の波長の光を発するように配されている高輝度光源であって、前記波長変換部材は、第２の波長の光を発する並びに前記第１の波長の光を伝達させる及び／又は前記第１の波長の光を反射する、高輝度光源と、
   前記波長変換部材から発される、伝達される及び／又は反射される光を集光するように配されている集光レンズと、
   を有する発光装置であって、
   前記波長変換部材は、
   前記第１の波長の光を前記第２の波長の光に変換するように配されている波長変換要素と、
   前記第２の波長の光を反射するように配されている反射性熱伝導要素と、
   前記第１の波長及び前記第２の波長の光を伝達するように配されているビーム成形熱伝導要素と、
   を有し、
   前記ビーム成形熱伝導要素は、前記第１の波長及び前記第２の波長の光を集光レンズの集光角の範囲内の角度分布によって、指向するように配されており、
   前記波長変換要素は、前記ビーム成形熱伝導要素と直接的に熱的接触をしていると共に、前記反射性熱伝導要素と熱的接触をしており、前記波長変換要素は、代わりに前記波長変換要素が前記反射性熱伝導要素に面している一面を除いて全ての側から前記ビーム成形熱伝導要素によって囲まれている、
   発光装置。
2. 前記反射性熱伝導要素は、前記ビーム成形熱伝導要素と直接的に熱的接触をしている、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記ビーム成形熱伝導要素は、半球状、球面、自由な型又はフレネルレンズである、請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記波長変換要素は材料のドープされた部分を有し、前記ビーム成形熱伝導要素は前記材料のドープされていない部分を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発光装置。
5. 前記波長変換要素及び／又は前記ビーム成形熱伝導要素は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）又はルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）を有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発光装置。
6. 前記波長変換要素は、Ｃｅをドープされた、イットリウム・アルミニウム・ガーネット、（ＹＡＧ）又はルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）を有する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光装置。
7. 前記波長変換要素は、ドープされたＡｌ_２Ｏ_３を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光装置。
8. 前記ビーム成形熱伝導要素は、ＹＡＧ、ＣａＦ、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド又はガラスを有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の発光装置。
9. 前記高輝度光源はモノクロである、請求項１乃至８の何れか一項に記載の発光装置。
10. 前記高輝度光源は、レーザダイオード及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の発光装置。
11. 前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光が混合部材内で混合されるように、前記波長変換部材から生じて前記集光レンズにより集光される光を混合するように配されている前記混合部材を更に有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光装置。
12. 前記波長変換部材から生じ前記集光レンズにより集光される光を、前記光が前記集光レンズを出た後に前記混合部材に焦束させるように配されている付加的なレンズを更に有する、請求項１１に記載の発光装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の発光装置を有するデジタル・プロジェクタ。

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