JP6731418B2

JP6731418B2 - 光源

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Publication number: JP6731418B2
Application number: JP2017550214A
Authority: JP
Inventors: アントーニウスマリアスウィージャーズ，ノルベルトゥス; サムバー，マルクアンドレデ; ヨハンコーネリッセン，フーゴ; マリアヘルマンスクロムヴォーツ，フローリス
Original assignee: ルミレッズホールディングベーフェー
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: US10629788B2; US20180123003A1; KR102507965B1; EP3275021A1; EP3275021B1; CN107408614A; WO2016150807A1; KR20170132238A; JP2018509742A; CN107408614B

Description

本発明は、光源に関する。そして、より特定的には、複数の半導体光源を含む光源に関する。

発光ダイオード（LED）、高出力LED、有機LED（OLED）、およびレーザダイオードといった、半導体光源は、エネルギー効率がよく、かつ、小さい／低いエタンデュ（etendue）（すなわち、発光領域と光が発せられる立体角との積）を有する小さい光源であることが知られている。これは、これらの半導体光源が比較的小さな領域から限定された角度範囲の中へ光を発することを意味している。

そうした半導体光源は、従って、明るい光源が必要とされるアプリケーションに対して有益であり得る。典型的な応用例には、プロジェクションシステム、自動車用照明、カメラのフラッシュ、およびスポットライトを含んでいる。これらの例のためには、改善された小型化がしばしば望ましい。しかしながら、単に半導体光源のサイズを削減することは、発生される光束（light flux）を削減してしまう。

そこから光が抜け出すことができる小さな開口（aperture）（すなわち、光出力セクション）を伴なうミックスボックスを用いて、半導体光源から増加された輝度（luminance）を獲得することが知られている。図１Ａおよび図１Ｂは、この概念を採用している既知のLEDベース光源10を示している。ここで、（ダイ基板14の上で）LED12によって生成される光は、小さな開口を介して抜け出すまでに、（高反射率を有する材料16で形成された）ミックスボックスの中でリサイクルされ／反射される。開口18が「小さい」ことは、開口領域A_A（すなわち、幅W_A×L_A）がLED12のLED領域A_LED（すなわち、幅W_LED×L_LED）よりも小さいように、単にLED12よりも小さいことを意味している。

開口18を発光セラミック材料または他の燐光材料から形成することも、また、知られている。

本発明は、請求項によって定められるものである。

本発明の一つの態様に従って、２次元アレイにおいて配置された複数のLED光源を含む光源が提供される。複数のLED光源のそれぞれが、光を生成するように適合された半導体ダイオード構造体と、半導体ダイオード構造体の上に半導体ダイオード構造体から光を出力するように適合された光出力セクションとを含み、光出力セクションの領域は半導体ダイオード構造体の領域より小さい。そして、複数のLED光源の光出力セクションからの光を受け取るために、複数のLED光源の光出力セクションをオーバーラップしており、かつ、受け取った光を出力するように適合された光出射セクションを有している光学的透過性構造体を含む。ここで、光学的透過性構造体の光出射セクションの領域は、複数のLED光源のフットプリント領域よりも小さい。

小さな光出力セクションを伴うミックスボックスを有している半導体光源から増加された輝度の光を獲得すること、そして、次いで、光学的構造体の二次的な光放射／出射表面を介して再び発すること（re-emitting）に係る概念が提案されている。光学的構造体は、半導体光源から出力された光を閉じ込め、かつ、半導体光源によって占められる領域に比べてより集中された（例えば、より小さい）領域を介して光を放出するために使用され得る。

実施例は、従って、LED光源をぎっしりパック／配置する必要性を回避し、それにより、ぎっしりパックされたLED光源の熱管理に関する問題を低減している。また、（光源の小さな発光面を維持しながら）LED光源が離間して置かれるようにすることは、導電性アドレッシングトラック（addressing tracks）における電流密度に関連するアドレス可能性（addressability）の制限を緩和するのに役に立ち得る。

従って、光源の光生成部分よりも小さい面積である光出力セクションを有する高輝度LED光源を採用するための概念が提案されている。高輝度LED光源からの光を収集し、かつ、閉じ込めるため、そして、次いで、二次的な発光面を介して光を再び発するように、光学的構造体を配置することによって、画素化された（pixelated）光源を実現することができ、ここで、発光面は、発光面の面積よりも大きいフットプリント領域を占めるように、離間して置かれている（例えば、より少なくパックされた）それぞれのLED光源からの光を出力するぎっしりパックされたピクセルを含んでいる。それらの間がほぼゼロの間隔でぎっしりパックされる必要があるという制約から解放されたLED光源を使用して、高い発光特性を有し、かつ、発光ピクセル間の間隔が小さい画素化された光源が実現化され得る。LED光源は、代わりに、個々にアドレス可能であり、かつ、熱管理問題を最小化するように、離間しておかれた高輝度出力を伴うパワーLEDを含んでいる。

光学的構造体は、光源の光出射／放射表面のフットプリントサイズにおける節約／低減を提供するために使用され得る。さらに、光学的構造体は、LED光源のフットプリントのサイズにおける増加を可能にするために使用されてよく、従って、より強力なLEDおよびLED間のより大きな間隔の使用を可能にしている。

別の言葉で言えば、実施例は、光学素子の中へ光を出力する複数の高輝度LED光源を含む高輝度光源を提供する。光学素子は、光を閉じ込め、そして、次いで、LED光源のフットプリント領域よりも小さい面積の光出射／放射表面を介して光を出力する。光学素子は、タイリングを可能にするために光出力方向／向き、及び／又は、位置が変更または設計されるよう、LED光源からの光をリダイレクトするように適合され得る。複数の光出射/放射表面のエッジが密接に整列され得るようにである。

「フットプリント（"footprint"）」または「フットプリントエリア（"footprint area"）」への言及は、占有される領域の形状およびサイズとして理解されるべきである。例えば、複数のLED光源のフットプリントは、複数のLED光源によって占有される全ての表面／平面スペースまたは領域として理解されるべきである。従って、LED光源が互いに離間して置かれている場合、LED光源のフットプリントは、LED光源と、それらの間のスペースとを包含している全体の領域を含んでいる。

フットプリントを低減することのほかにも、光学的透過性構造体に係る追加の利点は、それによりオリジナル光分布の再成形（re-shaping）ができることである。例えば、４×４のLEDアレイは、２×８のアレイの発光面（または、あらゆる他の任意の形状）に変換され得る。

本発明のLED光源は、フリップチップタイプ（Thin Film Flip Chip）、パターン化されたサファイア基板、トップ接続／トップエミッション、トップ−ボトム接続といった、あらゆるタイプのLEDであってよい。また、光源は、裸のダイとしても使用され、または、パッケージ化され得る。

LED光源の光出力セクション（または、発光領域）は、そこに向けて、または、そこを通じてLEDからの光が出力（または、放射される）領域を参照している。LED光源のキャビティまたは複数のキャビティは、従って、光出力セクションに向かって延びてよい。光出力セクションは、例えば、サファイアといった、成長基板の領域であってよい。また、光出力方向は、それに沿って光出力セクションから光が出力される単一の方向（例えば、図における垂直方向）に存在するように一般化されている。しかしながら、光出力セクションから出力される全ての光が、出力方向に沿って正確に出力されるわけではないことが理解されよう。従って、光出力方向は、例えば、光出力セクションの表面から離れて延びている、それに沿って光出力セクションから光が出力される一般的な方向を参照するものと理解されるべきである。

一つの実施例において、光学的透過性構造体は、受け取った光を全内部反射によって閉じ込め、かつ、受け取った光を光出射セクションに向けて反射するように適合されている。例えば、光学的透過性構造体は、一つまたはそれ以上の光コリメータを含んでよい。

別の実施例において、光学的透過性構造体は、複数のLED光源の光出力セクションの上に置かれた複数の光ファイバを含んでよい。例えば、LED光源の光出力セクション上に置かれた光ファイバのアレイを使用することによって、LED光源からの光が、光ファイバに沿って伝送され、かつ、光ファイバから所望の光出射面、及び／又は、位置に対してより近くに出力され得る。

光出力セクションは、光出力セクションの隣接するエッジの間に実質的にゼロの分離が存在するように配置されてよい。実際には、しかしながら、隣接するエッジを、ゼロの横方向の分離を有するように、完全に整列させることは困難であろう。従って、実施例において、光出力セクションは、無視できる又は少ない量だけ横方向に分離されてよい。例えば、２つのLED光源の光出力セクションの隣接するエッジの間に横方向の分離が存在してよく、そして、この横方向の分離は、光出力セクションの横方向の幅の１０％未満であってよい。実施例においては、そうした分離を最小値まで低減することが好ましいことがある（例えば、光出力セクションの横方向の幅の５％未満、および、さらにより好ましくは、光出力セクションの横方向幅の１％未満）。

一つの実施例において、LED光源は、さらに、半導体ダイオード構造体の側面を少なくとも部分的に囲んでおり、かつ、半導体ダイオード構造体からの光を光出力セクションに向けて反射するように適合されている光反射構造体を含んでよい。さらに、光反射構造体を有するLED光源の光出力セクションは、光反射構造体において形成された開口を含んでよい。また、光反射構造体において形成された開口を有するLED光源の半導体ダイオード構造は、光学エンハンスメント材料（optical enhancement material）を含んでもよい。

一つの実施例において、第１および第２のLED光源のうち少なくとも１つの光出力セクションは、光学エンハンスメント材料を含んでよい。光学エンハンスメント材料は、発光セラミック材料または燐光材料といった「色変換充填剤（"colour conversion fill"）」であってよい。このことは、さらに、側方放射のエタンデュを維持するために役立つものである。

一つの実施例において、光源は、さらに、光学的透過性構造体の光出射セクションを少なくとも部分的にカバーしている光学エンハンスメント材料のレイヤを含んでよい。

光学的透過性構造体は、さらに、複数のLED光源の光出力セクションを少なくとも部分的にオーバーラップしているフレネル構造体を含んでよい。

さらに、実施例が複数のキャビティを含む場合に、キャビティのうちのいくつか又は全ては、異なる材料を含んでよい（例えば、充填されている）。一つの例として、所定のキャビティは、第１のタイプの燐光体（例えば、青色から白色へ変換）で充填されてよく、そして、他のキャビティは、別のタイプの燐光体（例えば、青色から赤色へ変換）で充填されてもよい。

実施例態は、自動車用照明、および、高輝度照明が望ましい他の分野／アプリケーションの分野において採用されてよい。

従って、本発明に係る一つの態様に従って、一つの実施例に従った光源を含む自動車用照明が提供され得る。

本発明に係る別の態様に従って、一つの実施形に従った光源を含むプロジェクタ照明が提供され得る。

本発明に係るさらに別の態様に従って、２次元アレイにおいて配置された複数のLED光源を含む光源を生産する方法が提供される。複数のLED光源のそれぞれは、光を生成するように適合された半導体ダイオード構造体と、半導体ダイオード構造体から光を出力するように適合された、半導体ダイオード構造体の上の光出力セクションとを含み、光出力セクションの領域は、半導体ダイオード構造体の領域よりも小さい。本方法は、複数のLED光源の光出力セクションから光を受け取るように、複数のLED光源の光出力セクションとオーバーラップしている光学的透過性構造体を備えるステップ、を含み、光学的透過性構造体は、受け取った光を出力するように適合された光出射セクションを有している。ここで、光学的透過性構造体の光出射セクションの領域は、複数のLED光源のフットプリント領域よりも小さい。

光学的透過性構造体は、全内部反射によって受け取った光を閉じ込めるように適合されてよく、そして、従って、受け取った光を光出射セクションに向けて反射する。

光学的透過性構造体を備えるステップは、複数のLED光源の光出力セクションの上に複数の光ファイバを置くステップを含む。

本発明の実施例が、添付の図面を参照して、これから詳細に説明される。
図１Ａは、既知のLED光源の断面図である。図１Ｂは、図１Ａの既知のLED光源の平面図である。図２Ａは、一つの実施例に従った光源に係る２つのLEDベース光源の側面図である。ここで、LEDベース光源は、離間した配置に置かれている。図２Ｂは、上から見た場合（つまり、平面図で）の図２Ａに係るLED光源の配置を示している。図２Ｃは、図２Ａの光学的透過性構造体の光出射セクションを示している。ここで、光学的透過性構造体は、複数の光ファイバを含み、かつ、光ファイバの光出射セクションがぎっしりパックされている。図３Ａは、別の実施例に従った光源に係る４つのLEDベース光源の側面図である。ここで、LEDベース光源は、離間した配置に置かれている。図３Ｂは、上から見た場合（つまり、平面図で）の図３Ａに係るLED光源の配置を示している。図３Ｃは、図３Ａの光学的透過性構造体の光出射セクションを示している。ここで、光学的透過性構造体は、複数の光コリメータを含み、かつ、光コリメータの光出射セクションは一緒にぎっしりパックされている。図４Ａは、別の実施例に従った光源に係る４つのLEDベース光源の側面図である。ここで、LEDベース光源は、離間した配置に置かれている。図４Ｂは、上から見た場合（つまり、平面図で）の図４Ａに係るLED光源の配置を示している。図４Ｃは、図４Ａの光学的透過性構造体の光出射セクションを示している。ここで、光学的透過性構造体は、台形状のライトガイドを含んでいる。図５は、一つの実施例に従った光源に係る光学的透過性構造体の配置を示している。図６は、別の実施例に従った光源に係る光学的透過性構造体の配置を示している。

本発明は、複数のLED光源を含む光源及びその生産方法を提供する。実施例は、比較的に小さい及び／又は効率的な光源から、高い又は増加された輝度の光を必要とするアプリケーションについて特に関連し得るものである。

実施例は、小さな光出力セクションを伴うミックスボックスを有する半導体光源から増加された輝度の光を獲得すること、そして、次いで、光学的構造体の二次的な光放射／出射表面を介して光を再び発すること（re-emitting）に係る概念を採用する。半導体光源によって占められる領域と比較してより集中された（例えば、より小さい）領域を介して光を発するように光学的構造体を適合させることによって、実施例は、半導体光源をぎっしりパック／配置する必要性を回避することができる。また、（光源の小さな発光面を維持しながら）半導体光源が離間して置かれるようにすることは、導電性アドレッシングトラック（addressing tracks）における電流密度に関連するアドレス可能性（addressability）の制限を緩和するのに役に立ち得る。

従って、光源の光生成部分よりも小さい面積である光出力セクションを有する高輝度LED光源のためのアプリケーションが提案されている。高輝度LED光源からの光を収集し、かつ、閉じ込めるため、そして、次いで、二次的な発光面を介して光を再び発するように、光学的透過性構造体（「光学的構造体”optical structure”」としても、また参照されるもの）を配置することによって、画素化された（pixelated）光源を実現することができ、ここで、発光面は、それぞれのLED光源からの光を出力するぎっしりパックされたピクセルを含んでいる。二次的な発光面の面積よりも大きいフットプリント領域を占めるように、LED光源を離間して置く（例えば、より少なくパックする）ことによって、高い発光特性を有し、かつ、発光ピクセル間の間隔が小さい画素化された光源が実現化され得る。それらの間がほぼゼロの間隔でぎっしりパックされる必要があるという制約から解放されたLED光源を伴うものである。

ここにおいて使用されるように、用語である垂直（vertical）は、基板の表面に対して実質的に直交であることを意味している。用語である横向き（lateral）、ここにおいて使用されるように、基材の表面に対して実質的に平行であることを意味している。また、位置または場所を説明する用語（上、下、上、下、等といったもの）は、図に示された構造体の向きと関連して解釈されるべきである。

図は、純粋に模式的なものであり、そして、従って、特徴に係る寸法が縮尺通りに描かれていないことが理解されるべきである。それゆえ、図示されたいずれのレイヤの厚さも限定的であると解釈されるべきではない。例えば、第２のレイヤより厚いものとして描かれた第１のレイヤは、実際には、第２のレイヤより薄くてよい。

図２は、本発明の一つの実施例に従った光源を示している。より特定的に、図２Ａは、光源に係る２つのLEDベース光源の側面図であり、ここで、LEDベース光源は、離間した配置に置かれている。図２Ｂは、上から見た場合（つまり、平面図で）のLED光源の配置を示している。図２Ｃは、光学的透過性構造体の光出射セクションを示しており、ここで、光学的透過性構造体は、複数の光ファイバを含み、かつ、ここにおいて、光ファイバの光出射セクションがぎっしりパックされている。

LEDベース光源は、LED12より小さな面積の開口18（または光出力セクション18）を有するミックスボックス16の中で（ダイ基板14の上に）LED12をそれぞれ含むことにおいて、図１Ａおよび図１Ｂにおいて示されたものと同様である。上の背景セクションにおいて既に詳述したように、そうしたLEDベースの光源は増加された輝度を示し、そうして、「高輝度LED光源（"high-luminance LED light sources"）」として参照されてよい。

図２Ａに示されるように、各LED光源は、光出力セクション18をカバーするように置かれた光ファイバ20の一方の端を有している。このようにして、各LEDからの光は、それぞれの光出力セクション18から出力され、そして、関連の光ファイバの中へ入力される。入力された光は、光ファイバ20に沿って伝送され、そして、光ファイバ20の他方の端22（すなわち、光出射セクション22）から出力される。

このように、各光ファイバ20は、それぞれのLED光源から出力された光を収集し、そして、光ファイバ20の他方の端において光出射セクション22に向けて光が反射されるように、全内部反射（total internal reflection）によって光を閉じ込めることが理解されよう。

図２Ａに示されるように、光ファイバ20はフレキシブルであり、または、光出射セクション22を光出力セクション18とは異なる方向に向けることができるように成形され得る。LED光源からの光は、従って、光ファイバ20に沿って伝送され、かつ、光ファイバ20から（例えば、所望の光出射面及び／又は位置に対してより近い）異なる位置及び／又は方向で出力され得る。

図２Ｂに示されるように、LEDベース光源10は、それらが相互に既定の分離距離S_LEDだけ離間して置かれるように２次元アレイにおいて配置される。その結果、LEDベース光源10によって占有される全表面スペースまたは面積A_LEDS、すなわち、LEDベース光源10のフットプリント領域A_LEDSは、LED光源10、および、それらの間のスペースを包含する全領域を含む。言い換えれば、LEDベース光源10のフットプリント領域A_LEDSは、LEDベース光源（および、その間のスペース）によって占有される全体幅W_LEDSに、LEDベース光源（および、その間のスペース）によって占有される全長L_LEDSを乗じたものに等しい。それは、等式 A_LEDS=W_LEDS×L_LEDSによって表すことができる。

逆に、図２Ｃに示されるように、光ファイバ20の光出射セクション22は、隣接する光出射セクション22間の分離がほとんど無いように、一緒にぎっしりパックされている。その結果、光出射セクション22によって占有される全スペースまたは面積A_OUT、すなわち、光出射セクション22のフットプリント領域A_OUTは、LED光源10のフットプリント領域A_LEDSよりも小さい。言い換えれば、光出射セクション22の全体領域A_OUTは、光出射セクション22（および、その間のスペース）によって占有される全体幅W_OUTに、光出射セクション22（および、その間のスペース）によって占有される全長L_OUTを乗じたものに等しい。それは、等式 A_OUT=W_OUT×L_OUTによって表すことができ、そして、A_OUT＜A_LEDSである。

複数の光ファイバ20は、LED光源10によって占められるスペース／面積と比較した場合に、光源の光出射／放射表面のサイズにおける低減を提供することが、従って、理解されよう。また、LED光源10によって要求されるスペースが光出射／放射表面（すなわち、光出射セクション22）によって要求されるものよりも大きいという能力（ability）も、より強力なLED光源、及び／又は、LED光源間のより大きな間隔の使用を可能にする。

図２に示される実施例は、従って、（複数の光ファイバ20から形成される）光学的透過性構造体の中へ光を出力する複数の高輝度LED光源10を含む高輝度光源を提供する。光学的透過性構造体は、光を閉じ込め、そして、次いで、LED光源10のフットプリント領域よりも小さい面積の光出射／放射表面を介して光を出力する。また、光学素子の光ファイバ20も、光出力方向／向き、及び／又は、位置が、他の光源とのタイリング（tiling）を可能にするために変更または設計されるように、LED光源10からの光をリダイレクト（redirect）するよう適合され得る。

図３にこれから移ると、本発明の一つの実施例に従った光源が示されている。より特定的に、図３Ａは、光源に係る４つのLEDベース光源の側面図であり、ここで、LEDベース光源は、離間した配置に置かれている。図３Ｂは、上から見た場合（つまり、平面図で）のLED光源の配置を示している。図３Ｃは、光学的透過性構造体の光出射セクションを示している。ここで、光学的透過性構造体は、複数の光コリメータを含み、かつ、光コリメータの光出射セクションは一緒にぎっしりパックされている。

LEDベース光源は、LED12より小さな面積の開口18（または光出力セクション18）を有するミックスボックス16の中で（ダイ基板14の上に）LED12をそれぞれ含むことにおいて、図１Ａおよび図１Ｂにおいて示されたものと同様である。しかしながら、この実施例において、各LEDベースの光源の光出力セクション18は、光学エンハンスメント材料を含んでいる。より特定的に、光学エンハンスメント材料18は、「色変換充填剤（"colour conversion fill"）」を含んでいる。発光セラミック材料または燐光材料といったものである。このことは、さらに、側方放射領域（lateral emission area）のエタンデュを維持するために役立つものである。

図３Ａに示されるように、各LED光源は、光出力セクション18をカバーするように置かれた光コリメータ30の一方の端を有している。このようにして、各LEDからの光は、それぞれの光出力セクション18から出力され、そして、関連の光コリメータの中へ入力される。入力された光は、光コリメータ30に沿って伝送され、そして、光コリメータ30の他方の端22（すなわち、光出射セクション32）から出力される。

このように、各光コリメータ30は、それぞれのLED光源から出力された光を収集し、そして、光コリメータ30の他方の端において光出射セクション32に向けて光が反射されるように、全内部反射によって光を閉じ込めることが理解されよう。

図３Ａに示されるように、光コリメータ30の光出射セクション32を光出力セクション18から横方向にオフセットさせることができるように、光コリメータ30は、（例えば、それらの全長に沿って非直線的に）曲げられている。LEDからの光は、従って、光コリメータ30に沿って伝送され、かつ、光出射セクション32から（例えば、所望の光出射面及び／又は位置に対してより近い）異なる横方向位置及び／又は方向で出力され得る。

図３Ｂに示されるように、LED12は、それらが相互に既定の分離距離S_LEDだけ離間して置かれるように２次元アレイにおいて配置される。その結果、LED12によって占有される全表面スペースまたは面積A_LEDS、すなわち、LED12のフットプリント領域A_LEDSは、LED、および、それらの間のスペースを包含する全領域を含む。言い換えれば、LED12のフットプリント領域A_LEDSは、LED（および、その間のスペース）によって占有される全体幅W_LEDSに、LED（および、その間のスペース）によって占有される全長L_LEDSを乗じたものに等しい。それは、等式 A_LEDS=W_LEDS×L_LEDSによって表すことができる。

逆に、図３Ｃに示されるように、光コリメータ30の光出射セクション32は、隣接する光出射セクション32間に小さな分離距離だけが存在するように、一緒にぎっしりパックされている。その結果、光出射セクション32によって占有される全スペースまたは面積A_OUT、すなわち、光出射セクション32のフットプリント領域A_OUTは、LED10のフットプリント領域A_LEDSよりも小さい。言い換えれば、光出射セクション32の全体領域A_OUTは、光出射セクション32（および、その間のスペース）によって占有される全体幅W_OUTに、光出射セクション32（および、その間のスペース）によって占有される全長L_OUTを乗じたものに等しい。それは、等式 A_OUT=W_OUT×L_OUTによって表すことができ、そして、A_OUT＜A_LEDSである。

複数の光コリメータ30の配置は、LEDによって占有されるスペース／面積と比較した場合に、光源の光出射／放射表面のサイズにおける低減を提供することが、従って、理解されよう。LEDによって要求されるスペースが光出射／放射表面（すなわち、光出射セクション32）によって要求されるものよりも大きいという能力は、より強力なLED、及び／又は、LED間のより大きな間隔の使用を可能にする。

図３に示される実施例は、このように、（複数の光コリメータ30から形成される）光学的透過性構造体の中に光を出力する、複数の高輝度LED光源10を含む高輝度光源を提供する。光学的透過性構造体は、光を閉じ込め、そして、次いで、LED光源10のフットプリント領域よりも小さい面積の光出射／放射表面を介して光を出力するものである。また、光学的透過性構造体の光コリメータ30は、光出力位置が、他の光源とのタイリングを可能にするように変更または設計されるように、LED光源10からの光をリダイレクトする

図４にこれから移ると、本発明のさらに別の実施例に従った光源が示されている。より特定的には、図４Ａは、光源の４つのLEDベースの光源の側面図であり、LEDベースの光源は、離間した配置に置かれている。図４Ｂは、上から（平面図で）見たときのLED光源の配置を示している。図４Ｃは、光学的透過性構造体の光出射セクションを示しており、光学的透過性構造体は、台形状のライトガイド（light guide）を含んでいる。

光源は、図３のものと同様なものである。しかしながら、２つの顕著な変更が存在している。それらは、（ｉ）フレネル（Fresnel）構造体40が各LED光源10の光出力セクション18をカバー／オーバーラップするように適合されていること、および、（ｉｉ）光学的透過性構造体は、単一の台形状のライトガイド50を含むこと、である。

より詳細には、ライトガイド50の平行な側面のうち第１の側面55は、下方に面し、かつ、LED光源10の光出力セクション18をカバーするように配置されている。このようにして、各LEDからの光は、それぞれの光出力セクション18から出力され、かつ、ライトガイド50の第１の、下方に面している側面55を介してライトガイドの中へ入力される。入力された光は、ライトガイド50を通じて伝送され、そして、ライトガイド50の反対側の、上方に面している側面60を通って出力される。従って、ライトガイド50の上方に面している側面60は、ライトガイド50の光出射表面60として参照されてよい。

従って、ライトガイド50は、カバーするLED光源から出力された光を収集し、そして、ライトガイド50の反対側において光が光出射表面60に向けて反射されるように、全内部反射によって光を閉じ込める、ことが理解されよう。

図４Ｂに示すように、LED12は、それらが相互に既定の分離距離S_LEDだけ離間して置かれるように２次元アレイにおいて配置される。従って、LED12によって占有される全表面領域A_LEDS、すなわち、LED12のフットプリント領域A_LEDSは、LED、および、それらの間のスペースを包含する全領域を含む。言い換えれば、LED12のフットプリント領域A_LEDSは、LED（および、その間のスペース）によって占有される全体幅W_LEDSに、LED（および、その間のスペース）によって占有される全長L_LEDSを乗じたものに等しい。それは、等式 A_LEDS=W_LEDS×L_LEDSによって表すことができる。

逆に、図４Ｃに示されるように、ライトガイド50の光出射表面60は、LEDのフットプリント領域A_LEDSよりも小さい。言い換えれば、光出射表面60の全体領域A_OUTは、光出射表面60の全体幅W_OUTに、光出射表面60の全長L_OUTを乗じたものに等しい。それは、等式 A_OUT=W_OUT×L_OUTによって表すことができ、そして、A_OUT＜A_LEDSである。

従って、ライトガイド50は、LEDによって占有されるスペース／面積と比較した場合に、光源の光出射／放射表面のサイズにおける低減を提供することが理解されよう。

図４に示される実施例は、従って、光学素子の中へ光を出力する複数の高輝度LED光源10を含む高輝度光源を提供する。光学素子は、光を閉じ込め、そして、次いで、LED光源のフットプリント領域よりも小さい面積の光出射／放射表面を介して光を出力する。

また、理想的には可能な限り少ない光損失を伴って、光をライトガイド50の光出射表面60に向けてリダイレクトするLEDの上にマイクロ光学素子（micro-optics）を含むように、図４の実施例を配置することが好ましいことも理解されよう。光がリダイレクトされない場合には、いくらかの光が、台形状のライトガイド50のエッジ（所定の入射角に対して全内部反射が生じないところ）において抜け出すことができる。そうしたマイクロ光学素子は、法線から離れた別の角度に対して光を向けることができる非対称プリズムフォイル（foils）（従来のフラッシュのようなもの）であり得る。

図５と図６をこれから参照すると、それぞれに、光学的透過性構造体の第１および第２の可能な配置が示されている。

図５において、光学的透過性構造体は、４つの導波路（waveguides）100を含み、各導波路は、一方の端においてそれぞれのLED光源110の光出力セクションをカバーしている。４つのLED光源は、２×２のアレイにおいて配置されている。導波路100は、それらの他方の端（すなわち、それらの光出射端）が離間して置かれ、かつ、１×４のアレイ、すなわち、単一の行または列において配置されるように、成形される（例えば曲げられる）。

LED光源110によって占有される全表面領域A_LEDS、すなわち、LED光源110のフットプリント領域A_LEDSは、LED光源110によって占有される全体幅W_LEDSに、LED光源110によって占有される全長L_LEDSを乗じたものに等しい。それは、等式 A_LEDS=W_LEDS×L_LEDSによって表すことができる。

導波路100の配置の結果として、光出射端によって占有される全スペースまたは面積A_OUT、すなわち、光出射端のフットプリント領域A_OUTは、LED光源110のフットプリント領域A_LEDSよりも小さい。言い換えれば、光出射端の全体領域A_OUTは、光出射端（および、その間のスペース）によって占有される全体幅W_OUTに、光出射端（および、その間のスペース）によって占有される全長L_OUTを乗じたものに等しい。それは、等式 A_OUT=W_OUT×L_OUTによって表すことができ、そして、A_OUT＜A_LEDSである。

同様に、図６において、光学的透過性構造体は、再び、４つの導波路100を含み、各導波路は、一方の端においてそれぞれのLED光源110の光出力セクションをカバーしている。４つのLED光源は、２×２のアレイにおいて配置されており、そして、導波路100は、それらの他方の端（すなわち、それらの光出射端）が４×１のアレイ、すなわち、単一の行または列において一緒にぎっしりパックされるように、成形される（例えば曲げられる）。このように、導波路100の隣接する光出射端の間には分離がほとんど存在しない。

しかしながら、図６に示されるように、光出射端によって占有される全スペースまたは面積A_OUT、すなわち、光出射端のフットプリント領域A_OUTは、LED光源110のフットプリント領域A_LEDSと等しく、または、より小さい。言い換えれば、光出射端の全体領域A_OUTは、光出射端（および、その間のスペース）によって占有される全体幅W_OUTに、光出射端（および、その間のスペース）によって占有される全長L_OUTを乗じたものに等しい。それは、等式 A_OUT=W_OUT×L_OUTによって表すことができ、そして、A_OUT≦A_LEDSである。

図５と図６の構成は、オリジナルの光源配置の再成形を可能にする。また、図６に示される４つのLEDは、実際には、１つの、より大きいLEDであり得ることにも留意する。そして、このように、図６の構成は、単一の光源の再形成を可能にする。

他の再形成構成が使用されてよいことが理解されよう。例えば、４×４のLEDアレイは、光放射表面の２×８のアレイ（または、あらゆる他の任意の形状）に変換され得る。

当業者であれば、開示された実施例に対する他の変形が理解され、かつ、もたらされ得ることを理解するであろう。

例えば、本開示のLED光源は、フリップチップタイプ（Thin Film Flip Chip）、パターン化されたサファイア基板、トップ接続／トップエミッション、トップ−ボトム接続といった、あらゆるタイプのLEDであってよい。また、光源は、裸のダイとしても使用され、または、パッケージ化され得る。

LED光源の光出力セクション（また、発光領域）は、LEDから光が、そこに向かって、または、それを通じて出力（または、放射）される領域を参照するものである。LED光源のキャビティまたは複数のキャビティは、従って、光出力セクションに向かって延びてよい。光出力セクションは、例えば、サファイアといった、成長基板の領域であってよい。また、光出力方向も、光出力セクションからそれに沿って光が出力される単一方向（例えば、図における垂直方向）になるように一般化されている。しかしながら、光出力セクションから出力される全ての光が、出力方向に正確に沿って出力されるのではないことが理解されよう。従って、光出力方向は、例えば、光出力セクションの表面から離れて延びている、それに沿って光出力セクションから光が出力される一般的な方向を参照するものと理解するべきである。

光源は、さらに、光学的透過性構造体の光出力／出射セクションを少なくとも部分的にカバーしている光学エンハンスメント材料（optical enhancement material）のレイヤを含んでよい。

さらに、実施例が複数のキャビティを含む場合に、いくつか又は全てのキャビティは、異なる材料を含んでよい（例えば、充填されてよい）。一つの例として、所定のキャビティが、第１のタイプの燐光体（例えば、青色から白色へ変換）で充填されてよく、そして、他のキャビティが、別のタイプの燐光体（例えば、青色から赤色へ変換）で充填されてよい。

実施例は、自動車用照明、および、高輝度照明が望ましい他の分野／アプリケーションの分野において採用されてよい。

請求項において、単語「含む（"comprising"）」は、他のエレメントまたはステップを排除するものではなく、そして、不定冠詞「一つの（"a"または"an"）」は、複数を排除しない。所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使用され得ないことを示すものではない。請求項における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims

２次元アレイにおいて配置された複数のLED光源であり、
前記複数のLED光源のそれぞれが、光を生成するように適合された半導体ダイオード構造体と、前記半導体ダイオード構造体から光を出力するように適合された、前記半導体ダイオード構造体の上の光出力セクションとを含み、
前記複数のLED光源のうち少なくとも一つが、さらに、前記半導体ダイオード構造体の側面を少なくとも部分的に囲んでおり、かつ、前記半導体ダイオード構造体からの光を前記光出力セクションに向けて反射するように適合されている、光反射構造体を含み、
前記複数のLED光源のうち少なくとも一つは、前記半導体ダイオード構造体の前記光出力セクションの上に形成された、開口を伴う光反射構造体を有する、
複数のLED光源と、
光学的透過性構造体であり、
前記光学的透過性構造体は、前記複数のLED光源の前記光出力セクションからの光を受け取るために、前記複数のLED光源の前記光出力セクションをオーバーラップしており、かつ、受け取った光を出力するように適合された光出射セクションを有しており、
前記光学的透過性構造体の前記光出射セクションの領域は、前記複数のLED光源のフットプリント領域よりも小さく、前記光学的透過性構造体は、一つまたはそれ以上の光コリメータを含む、
光学的透過性構造体と、
を含む、光源であって、
前記開口の領域は、前記半導体ダイオード構造体の領域より小さく、かつ、
前記コリメータは、前記半導体ダイオード構造体の前記光出力セクションの一部分をカバーしており、前記一部分の上に前記開口が形成されている、
光源。
前記光学的透過性構造体は、受け取った光を全内部反射によって閉じ込め、かつ、前記受け取った光を前記光出射セクションに向けて反射する、ように適合されている、
請求項１に記載の光源。
前記光学的透過性構造体は、前記複数のLED光源の前記光出力セクションの上に置かれた複数の光ファイバを含む、
請求項１に記載の光源。
前記光反射構造体において形成されている前記開口は、光学エンハンスメント材料を含む、
請求項１に記載の光源。
前記複数のLED光源のうち少なくとも一つに係る前記光出力セクションは、光学エンハンスメント材料を含む、
請求項１乃至４いずれか一項に記載の光源。
前記光源は、さらに、
前記光学的透過性構造体の前記光出射セクションを少なくとも部分的にカバーしている、光学エンハンスメント材料のレイヤを含む、
請求項１乃至５いずれか一項に記載の光源。
前記光学的透過性構造体は、さらに、前記複数のLED光源の前記光出力セクションを少なくとも部分的にカバーしている、フレネル構造体を含む、
請求項１乃至６いずれか一項に記載の光源。
請求項１乃至７いずれか一項に記載の光源を含む、自動車用照明。
請求項１乃至７いずれか一項に記載の光源を含む、プロジェクタ照明。
２次元アレイにおいて配置された複数のLED光源を含む光源を生産する方法であって、
前記複数のLED光源は、
光を生成するように適合された半導体ダイオード構造体と、前記半導体ダイオード構造体から光を出力するように適合された、前記半導体ダイオード構造体の上の光出力セクションとを含み、
前記方法は、
前記半導体ダイオード構造体の側面を少なくとも部分的に囲んでおり、かつ、前記半導体ダイオード構造体からの光を前記光出力セクションに向けて反射するように適合されている、光反射構造体を、前記複数のLED光源のうち少なくとも一つに備えるステップと、
前記複数のLED光源のうち少なくとも一つの前記光反射構造体において開口を備えるステップであり、前記開口は、前記半導体ダイオード構造体の前記光出力セクションの上に形成される、ステップと、
前記複数のLED光源の前記光出力セクションからの光を受け取るために、前記複数のLED光源の前記光出力セクションをオーバーラップしている光学的透過性構造体を備えるステップであり、前記光学的透過性構造体は、受け取った光を出力するように適合された光出射セクションを有している、ステップと、
を含み。
前記光学的透過性構造体の前記光出射セクションの領域は、前記複数のLED光源のフットプリント領域よりも小さく、
前記開口の領域は、前記半導体ダイオード構造体の領域より小さく、
前記光学的透過性構造体は、一つまたはそれ以上の光コリメータを含み、かつ、
前記コリメータは、前記半導体ダイオード構造体の前記光出力セクションの一部分をカバーしており、前記一部分の上に前記開口が形成されている、
方法。
前記光学的透過性構造体は、受け取った光を全内部反射によって閉じ込め、かつ、前記受け取った光を前記光出射セクションに向けて反射する、ように適合されている、
請求項１０に記載の方法。
前記光学的透過性構造体を備えるステップは、前記複数のLED光源の前記光出力セクションの上に複数の光ファイバを置くステップ、を含む、
請求項１１に記載の方法。