JP6986523B2 - 光変換デバイス - Google Patents

Description

本発明は、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、及び車両ヘッドライトに関する。

ＷＯ２０１０／０４９８７５Ａ１（特許文献１）は、第１の波長のレーザ光を、波長変換材料によって、異なる波長を持つ第２の光へと変換する波長コンバータを開示している。レーザ光が波長変換材料に入るところの波長変換材料の表面が、透明材料と良好に熱接触している。一方で、その透明材料はヒートシンクと良好に熱接触しており、そのヒートシンクが、レーザ光が波長変換材料に入る前にレーザ光を通させるウィンドウを有する。その波長コンバータによって放たれる光の色点（カラーポイント）は、広い範囲で変化し得る。

国際公開第２０１０／０４９８７５号パンフレット

本発明の１つの目的は、改善された色安定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、光コンバータと透光体とを有する。透光体の第１の面が光コンバータの頂面に結合される。光コンバータの底面が反射底部層に結合される。当該光変換デバイスは光カップリング構造を有する。光カップリング構造は、ライトガイドを受け入れるための反射底部層内の孔及び光コンバータ内の少なくともスロットを有する。光カップリング構造は、レーザピーク発光波長を持つレーザ光をライトガイドを介して受ける光カップリング面を有する。光カップリング面は、該光カップリング面を通るレーザ光の少なくとも８０％が透光体によって受けられるように配置される。透光体は、第１の面とは反対側の第２の面を有する。透光体の第２の面は、レーザ光の少なくとも一部を光コンバータへと反射し返す反射頂部層に結合される。光コンバータは、反射されたレーザ光を、変換された光（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、レーザピーク発光波長よりも長い波長域にある。反射底部層は、変換光の少なくとも８０％が透光体及び反射頂部層を介して放たれるように適応される。

この光カップリング構造は、レーザ光の変換と、反射頂部層を介したレーザ光の一部の透過とのデカップリングを可能にする。変換される光の強度は、レーザのレーザピーク発光波長の変動に対してあまり敏感ではないとし得る（図２及び対応する説明を参照）。また、反射頂部層により、レーザ光を受ける光コンバータの表面を増加させることによって、ホットスポットを回避し得る。

レーザ光は、好ましくは青色波長域内にある。透光体は、Ａｌ_２Ｏ_３、サファイア、又は、レーザ光の変換中の条件（光強度、熱など）に耐えることができるその他の透光材料若しくは材料組成、からなる塊であるガラス板を有し得る。反射頂部層は、レーザ光の波長域内では少なくとも部分的に反射性であるとともに変換光の波長域内では基本的に透明であるダイクロイックフィルタとし得る。光コンバータ内のスロットは、光カップリング面と透光体との間に薄い光変換材料の層があるような空洞とし得る。この層は、この層内ではレーザ光の２０％未満、好ましくは１０％未満、そして非常に好ましくは５％未満しか変換されないように、非常に薄いものである。

透光体は、光コンバータを冷却するように構成され得る。この場合、ヒートシンクを必要としないとし得る。それに代えて、ヒートシンクを付加的に使用してもよい。これは、より多くのレーザ光が光変換材料によって変換され得るように、光コンバータが有する光変換材料の層をいっそう厚くすることを可能にし得る。透光体は、例えばサファイアのような高い熱伝導率を持つ透光性の材料を有し得る。

光カップリング構造は、光コンバータを貫く孔を有してもよい。光カップリング面は、この場合、透光体の表面を有し得る。光コンバータ内のスロットは、透光体の表面で終端し得る。光カップリング面は好ましくは、光コンバータと透光体との間の境界面の一部（第１の面の一部）とし得る。それに代えて、光カップリング構造は、光カップリング面が光コンバータと透光体との間の境界面と同じレベルにはないように、透光体内の空洞を有していてもよい。

光コンバータは、光コンバータに入ったレーザ光の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも８５％、そして非常に好ましくは少なくとも９０％を変換又は吸収するように構成され得る。

レーザピーク発光波長は、通常、異なるレーザではバラつきがあり、さらに、それら１つ以上のレーザの動作温度及び駆動電流に依存する。また、光コンバータの光変換材料におけるレーザ光の吸収及び変換は、レーザピーク発光波長に依存するとともに、温度とともに変化し得る。故に、光コンバータに入った後に光コンバータ内で変換又は吸収されないレーザ光の影響を低減するために、光コンバータに入った後方反射レーザ光の大部分が変換又は吸収されるべきである。従って、光変換デバイスによって生成され得る光の色又は白色点の安定性が高められ得る。

変換デバイスは、変換光の強度が、レーザピーク発光波長（例えば、４５０ｎｍ）の周りの、例えば＋／−１０ｎｍ、好ましくは＋／−５ｎｍ、といった所定の波長範囲内で、レーザピーク発光波長から基本的に独立であるように構成され得る。光コンバータに入った基本的に全てのレーザ光が光変換材料によって変換及び／又は吸収されることが好ましいことがある。完全な変換は、例えば、光変換材料の厚さ及び／又はドーパント（例えば、セリウム）の濃度によって可能にされ得る。反射底部層は、例えば、ピーク発光波長にあるレーザ光の吸収を可能にするように構成され得るが、変換光を反射するように構成され得る。反射底部層は、例えば、変換光を反射するがレーザ光に対しては透明であるダイクロイックフィルタとし得る。光変換デバイスは更に、例えば、光コンバータとは反対側の反射底部層の下面に結合された吸収層又は吸収体を有していてもよい。光変換デバイスは更に、レーザ光及び変換光を反射するように構成された側面コーティングを有していてもよい。

反射頂部層は、光カップリング面を介して受けられたレーザ光の１０％以上且つ５０％以下、好ましくはレーザ光の１５％以上且つ４５％以下、そして非常に好ましくはレーザ光の１８％以上且つ４０％以下を透過させるように適応され得る。

反射頂部層の透過率は、光変換デバイスによって生成されることができる混合光の色点を決定するために使用され得る。混合光は、透過したレーザ光と変換光とを有する。定められた透過率が、光コンバータに入ったレーザ光の略完全な変換と組み合わさって、上述のようにアクティブフィードバックなしで混合光の安定した色点を可能にし得る。

光変換デバイスは、例えば、４５０ｎｍのレーザピーク発光波長でレーザ光を放つ１つ以上のレーザを有する自動車ヘッドライトにて使用され得る。青色レーザ光のおよそ２１％は透過されることができ、残りの青色レーザ光が光コンバータに反射され返して、黄色変換光へと変換される。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）}Ｇｄ_０．４，Ａｌ_５Ｏ_１２：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。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、ヘッドライトによって放射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。

透光体は、レーザ光を散乱させるように構成されてもよい。レーザ光は、レーザ光の放射コーンが広げられるように散乱され得る。ライトガイドによって伝送されたレーザ光の出射角は、ライトガイドの開口数によって決定される。ライトガイドが２つ以上のクラッド（例えば、２つのクラッドを有する光ファイバ）を有する場合、ライトガイドは１より大きい開口数を有し得る。透光体内でのレーザ光の分布又は出射角が、散乱によって増大され得る。出射角を大きくすることは、光コンバータの表面の基本的に全体を、反射されたレーザ光で照らすことを可能にし得る。光カップリング面によって及ばれた領域によって生じる損失が低減され得る。また、光コンバータ全体にわたってレーザ光を分布させることにより、光コンバータ内のエネルギー密度が低下され得る。例えばヒートシンクによる光コンバータの冷却が単純になり、また、光コンバータが有する光変換材料の変換効率が高められ得る。

透光体は、例えば、散乱粒子のような散乱構造を有し得る。透光体内での散乱は、この光変換デバイスを有するレーザベース光源によって照らされることができる所定の立体角内で略一定の色点の混合光を可能にするため、レーザ光と変換光とを混合するために使用され得る。それに代えて、あるいは加えて、反射頂部層が光を散乱させるように構成されてもよく、又は、混合光を散乱させるように、透光体から遠い側の反射頂部層の外層に追加の層又は塊が結合されてもよい。

透光体は、光コンバータの頂面に結合された下部透光層と、反射頂部層に結合された上部透光層とを有していてもよい。レーザ光の出射角を大きくするために、光カップリング面とは反対を向いた下部透光層の表面が粗面化され得る。それに代えて、あるいは加えて、反射頂部層とは反対側の上部透光層の表面が、レーザ光の出射角を大きくするために粗面化されてもよい。下部透光層と上部透光層との間に空隙が存在してもよい。この場合、上部透光層は、キャリアによって担持され得る。それに代えて、あるいは加えて、これら上部層と下部層との間に、光変換中の光変換デバイス内の光及び温度に耐えることができる結合材料が配置されてもよい。

透光体は更に、下部透光層と上部透光層との間に配置された偏向層を有していてもよい。偏向層は、上述のようにレーザ光の出射角を大きくするように構成され得る。

光変換デバイスは、光コンバータと透光体との間に配置された反射防止層を有していてもよい。反射防止層は、レーザ光の反射を抑制するように構成され得る。反射防止層は、光コンバータと透光体との間の境界面によってレーザ光が反射頂部層の方に反射される可能性を低下させ得る。反射防止層は、光変換デバイスによって生成されることができる光の色点、特に白色点、の安定性を高め得る。

反射頂部層は、代わりに、レーザ光の少なくとも９５％、より好ましくはレーザ光の少なくとも９８％、そして非常に好ましくはレーザ光の少なくとも９９．５％を反射するように適応されてもよい。

この場合には、光変換デバイスによって放出されることができる光の色点は、主に、あるいは完全にさえ、変換光によって決定される。このような光変換デバイスは、プロジェクション用途で、原色の緑色、琥珀色、及び赤色を生み出すために使用され得る。光変換デバイスは特に、青色光を緑色、琥珀色又は赤色の光に完全に変換するものである光コンバータ内で、特には青色レーザ光である青色光を変換するように構成され得る。この場合、光コンバータは、例えばＬｕｍｉｒａｍｉｃ（登録商標）の塊を形成するように緻密なセラミックスへと焼結されることができる光変換材料を有し得る。

緑色、黄色、琥珀色及び赤色の光のための典型的な光変換材料は、多様な（オキソ）窒化物、酸化物、又は珪酸塩材料の中でＣｅ^３＋又はＥｕ^２＋イオンを用いる。

例は、以下である：
（Ｃａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｓｒ_ｘＢａ_ｙＭｇ_ｚ）_１−ｎＡｌ_{１−ａ＋ｂ}ＢａＳｉ_１−ｂＮ_３−ｂＯ_ｂ：Ｍ_ｎであり、ただし、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｎ≦１であり、Ｍは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、又はこれらの混合物、及びセラミック処理中に添加され得る添加剤とのこれらの材料の混合物、を有する群から選択される金属である；
ＥＡ_２−ｚＳｉ_５−ａＡｌ_ａＮ_８−ｂＯ_ｂ：Ｅｕ_ｚなる一般式の、ユウロピウム（ＩＩ）活性化オキソニトリドアルミノシリケートであり、ただし、０＜ａ≦４、０＜ｂ≦４、０＜ｚ≦０．２であり、ＥＡは、カルシウム、バリウム及びストロンチウムの群から選択される少なくとも１つのアルカリ土類金属である；
（Ｓｒ_{１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ}Ｃａ_ｂＢａ_ｃＭｇ_ｄＺｎ_ｅＣｅ_ｆ）Ｓｉ_ｘ−ｇＧｅ_ｇＮ_ｙＯ_ｚ：Ｅｕ_ａなる一般式のユウロピウム（ＩＩ）活性化オキソニトリドシリケートであり、ただし、０．００１≦ａ≦０．２、０．０≦ｂ≦１、０．０≦ｃ≦０．５、０．０≦ｄ≦０．２５、０．０≦ｅ≦０．２５、０≦ｆ≦０．２、０＜ｇ＜１、１．５≦ｘ≦２．５、１．５≦ｙ≦２．５、１．５＜ｚ＜２．５である；
セリウム（ＩＩＩ）活性化ガーネット材料。

光コンバータが有し得るその他の光変換材料又は蛍光材料は、以下である：
（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ 緑色
ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ 緑色
ＳｒＳｉ_２Ｎ_２Ｏ_２：Ｅｕ 緑色
ＳｒＳ：Ｅｕ 赤色
（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｃａ_ｘＢａ_ｙ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ 赤色／琥珀色
（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｃａ_ｘＢａ_ｙ）_２Ｓｉ_５−ａＡｌ_ａＮ_８−ａＯ_ａ：Ｅｕ 赤色
ＣａＳ：Ｅｕ 赤色
（Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）Ｓ：Ｅｕ 赤色

光変換デバイスは、上述のように、光コンバータと透光体との間に配置された反射防止層を有していてもよい。反射防止層は、例えば、反射頂部層がレーザ光の波長域に関して完全には反射性でない場合に、彩度を改善し得る。

光変換デバイスは、透光体とは反対側で反射頂部層に結合された光吸収層を有していてもよい。光吸収層は、反射頂部層を通り抜けた後の透過レーザ光を吸収するように適応される。光吸収層は更に、反射頂部層を通り抜けた後の変換光の少なくとも９０％を透過させるように適応される。

光吸収層は、光変換デバイスによって放射されることができる発光色の彩度低下を防止するために、例えば青色レーザ光を吸収する吸収カラーフィルタとして構成される１つ以上のサブレイヤを有し得る。

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、ライトガイドと、レーザとを有する。ライトガイドが、光カップリング構造に結合される。ライトガイドを介した、レーザによって放たれたレーザ光が、光カップリング面によって受けられるように、ライトガイドの光出射面が配置される。

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、アレイの形態で）有し得る。ライトガイドは、例えば、１つ、２つ、又はそれより多くのクラッドを有する光ファイバとし得る。ライトガイドは、光コンバータを突き抜ける前に、オプションのヒートシンクを突き抜け得る。ライトガイドはまた、透光体の一部を突き抜けてもよい。

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。

車両ヘッドライトの白色点、特に、前方照明に使用される自動車ヘッドライトの白色点は、好ましくは、５７００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）又は約０．４８のｖ’色点によって特徴付けられる。白色光領域は規格にて規定されている。例えば、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７は、米国規格協会によって策定された色度に関する規格である。大抵の自動車ヘッドライトは、上述の５７００Ｋレンジを使用している。あるいは、青色光の分担が増加するよう、６０００Ｋの色温度を使用することが可能なこともある。

理解されるべきことには、本発明のレーザベース光源は、特に、従属請求項及びそれらの組み合わせ並びに上に提供された説明に規定されるような、同様及び／又は同質の実施形態を有し得る。

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。
第１のレーザベース光源の主要略図を示している。 黄色蛍光体ガーネットの吸収係数を示している。 第２のレーザベース光源の主要略図を示している。 第３のレーザベース光源の主要略図を示している。 第４のレーザベース光源の主要略図を示している。 第５のレーザベース光源の主要略図を示している。

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と、ライトガイド１２０と、レーザ１１０とを有する第１のレーザベース光源１００の主要略図を示している。光変換デバイス１３０は、このケースでは黄色蛍光体ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）の矩形ブロックである（これに代えて、円筒形の塊又はその他の好適形状が使用されてもよい）光コンバータ１３４に取り付けられた反射底部層１３２を有している。光コンバータ１３４は、光コンバータ１３４の冷却を提供するために高い熱伝導率を持つサファイアで構成された透光体１３６に取り付けられている。透光体１３６の上に、反射頂部層１３８が設けられている。ライトガイド１２０は、光カップリング構造１２５に結合されている。光カップリング構造１２５は、反射底部層１３２内の孔と、光コンバータ１３４内の空洞の形態のスロットとを有している。レーザ１１０によって放たれたレーザ光１０がライトガイド１２０を介して光カップリング面１２７によって受けられるように、ライトガイド１２０の光出射面が配置される。４５０ｎｍの波長を持つレーザ光１０は、薄い光コンバータ１３４の層を通らなければならない。光カップリング面１２７と透光体１３６との間のこの層の厚さは、レーザピーク発光波長又は光コンバータ１３４の温度の変化の影響を制限するために、レーザ光１０の５％未満しか、変換された光（変換光）２０に変換されないようにされる。レーザ光１０の残りの９５％は、透光体１３６を介して反射頂部層の方に放たれる。反射頂部層１３８に到達したレーザ光１０の２５％が、反射頂部層を通り抜ける（透過レーザ光１２）。レーザ光１０の残りは、反射頂部層１３８で、光コンバータ１３４の方に反射され返す（反射レーザ光１１）。光コンバータ１３４は、反射レーザ光１１の基本的に全てを変換光２０へと変換する。黄色蛍光体ガーネット内で生成された変換光２０は、反射底部層１３２で、反射頂部層１３８の方に反射される。反射頂部層１３８は、反射頂部層１３８に到達した全ての変換光２０がこの層を通り抜けることができるように構成される。反射頂部層１３８は、この場合、レーザ光１０の一部のみが透過するが基本的に全ての変換光が透過するように構成された多数のサブレイヤを有するダイクロイックフィルタである。故に、レーザベース光源１００は、透過レーザ光１２と変換光２０との混ぜ合わせを有する白色光を放つ。

光変換材料のシートは好ましくは、２０μｍと１００μｍとの間の厚さを有する。ライトガイド１２０は、通常、５０μｍと１００μｍとの間の直径を持つ円形断面を有する。透光体１３６の厚さは、ランプ装置内でレーザベース光源と結合され得る光学デバイス（例えば、１つ以上のレンズ、リフレクタ、及びこれらに類するもの）の受け入れコーンを透過レーザ光１２が充たすことを実現するように選定される。

典型的な数値の例：
ライトガイドの開口数（ＮＡ）：０．２２
ライトガイド１２０の直径：１００μｍ（これは、５０μｍコアを持つマルチモードファイバのクラッド層の直径である）
透光体１３６の厚さ：２００μｍ
光コンバータ１３４（Ｌｕｍｉｒａｍｉｃプレートレット）の厚さ：５０μｍ
プレートレットサイズ：５００×５００μｍ^２

ライトガイド１２０の出射面とダイクロイックフィルタとの間の透光体又は媒体の屈折率（ｎｒ）に応じて、青色光が光コンバータ１３４上の或る一定の領域に分布されることになる。

ｎｒ＝１：
ライトガイド１２０の領域を除いた光コンバータ１３４の照射面積と、ライトガイド１２０を含む全面積との比は８７％になる（光カップリング面１２７と反射頂部層１３８との間が２００μｍの距離である場合）。この比は、光カップリング面１２７と透光体１３６との間の層内では変換光が基本的に生成されないことを考慮に入れている（特に、光カップリング面１２７が透光体１３６の表面である場合；以下の図３−６を参照）。この比が大きいほど、ライトガイド１２０によって失われ得る光が少なくなる。この場合、照射領域の直径は２８０μｍである。

ｎｒ＝１．５：
ライトガイド１２０の領域を除いた光コンバータ１３４の照射面積と、ライトガイド１２０を含む全面積との比は７９％になる（ライトガイドに対する完全なる光カップリングで）。照射領域の直径は２１９μｍである。

図２は、黄色蛍光体ガーネットの吸収係数５５を示している。縦軸５１は吸収係数を示し、横軸５２は波長を示している。波長にわたる吸収係数のこのスペクトルは、今日の自動車フロント照明用途（自動車ヘッドライト）で使用されている黄色蛍光体ガーネット（Ｙ_{（３−０．４）}Ｇｄ_０．４，Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）の典型的な吸収スペクトルを示している。青色レーザ（ダイオード）発光についての典型的な波長域である４４０ｎｍから４６０ｎｍまでで、吸収係数は２倍より高く上昇しており、これは、ＣＩＥ１９７６ｖ’色点において約０．０６７の、レーザベース光源の色点シフトにつながり得る。白色光に必要な青色レーザ光１０は、変換されなければならないレーザ光１０の主要部分から、光コンバータ１３４内での変換に先立って分離される。レーザベース光源１００の光変換デバイス１３０は、変換光２０の発光が、例えば図１及び以下の図３−６に示すレーザ１１０によって放たれるレーザ光１０のピーク発光又は波長域とは基本的に無関係であるように構成される。

図３は、第２のレーザベース光源１００の主要略図を示している。基本的な構成は、図１に関して説明したのと同じである。この実施形態では、光カップリング面１２７が、光コンバータ１３４と透光体１３６との間の境界面に配置されている。レーザ光１０は、光コンバータ１３４の材料を通ることなく直接的に透光体１３６に入る。この光変換デバイス１３０は更にヒートシンク１３１を有している。ヒートシンク１３１の表面が、シリコーンによって光コンバータ１３４に接着される反射底部層１３２として構成されている。光放射方向に対して基本的に垂直な光コンバータ１３４の側面が、そして、このケースでは透光体１３６も、光が側面を通って出て行き得ることを防止する側面コーティング１３４ａによって覆われている。ヒートシンク１３１と、ガラス又は代替的にサファイアを有する透光体１３６との組み合わせを使用して、より効率的に光コンバータ１３４を冷却することができ、それ故に、反射レーザ光１１の基本的に完全な光変換を可能にするために、１００μｍよりも大きい厚さを持つ光コンバータ１３４を使用することができる。この追加的な冷却は、Ｌｕｍｉｒａｍｉｃ光コンバータ１３４の温度が１５０℃を優に上回ることを防止し、深刻なサーマルクエンチングを回避する。サーマルクエンチングは、光コンバータ１３４を容易に破壊してしまい得るものである。

図４は、第３のレーザベース光源１００の主要略図を示している。基本構成は、ヒートシンク１３１を有する図３に関して説明したのと同じである。この実施形態では、光カップリング構造１２５が透光体１３６内に空洞を有するように、光カップリング面１２７が、透光体１３６内に僅かに配置されている。透光体１３６は、ガラスからなる下部透光層１３６ａとガラスからなる上部透光層１３６ｃとを有し、下部透光層１３６ａは光コンバータ１３４に取り付けられ、上部透光層１３６ｃは反射頂部層１３８に取り付けられている。上部透光層１３６ｃは更にキャリア１３９に取り付けられており、それにより、下部透光層１３６ａと上部透光層１３６ｃの間に透光性の間隔１３６ｂが構築されている。また、下部透光層１３６ａと上部透光層１３６ｃとの間に、偏向層１３７が配置されている。偏向層１３７は、このケースでは、レーザ光１０を逸らせることによってレーザ光の出射コーンが広げられるように構成された下部透光層１３６ａの表面である。キャリア１３９は、光変換デバイス１３０の側面を介しての光損失を回避するために、光コンバータ１３４の側面コーティング１３４ａと同様の反射性である。反射底部層１３２は、このケースでは、ヒートシンク１３１と光コンバータ１３４との間に配置されたダイクロイックフィルタであり、変換光２０に対しては反射性であるが、反射レーザ光１１に対しては基本的に透明である。光コンバータ１３４内で変換されない反射レーザ光１１は、反射底部層１３２を通り抜けて、ヒートシンク１３１によって吸収される。

図５は、プロジェクション用途のための光源として使用されることができる第４のレーザベース光源１００の主要略図を示している。基本配置は、ヒートシンク１３１を有する図３に関して説明した構成ととても似ている。この反射頂部層１３８は、基本的に変換光２０のみが反射頂部層１３８を通り抜けるように、レーザ光１０の少なくとも９９％を反射する。故に、この光源の色点は、変換光２０の波長域によって決定される。この光変換デバイス１３０は更に、光コンバータ１３４と透光体１３６との間に配置された反射防止層１３５を有している。反射防止層１３５は、透光体１３６と光コンバータ１３４との間の境界面での反射レーザ光１１の反射を抑制する。

典型的な数値を用いて上で提供した例は、図５又は以下の図６に従ったレーザベース光源１００にも適用される。

図６は、第５のレーザベース光源１００の主要略図を示している。基本構成は、図５に関して説明した構成と同じであるが、この光変換デバイス１３０は、光コンバータ１３４と透光体１３６との間に反射防止層１３５を有していない。良好な彩度の変換光２０がレーザベース光源１００によって放たれることを可能にするために、反射頂部層１３８の上面に光吸収層１３３が取り付けられており、それにより、透過レーザ光１２が反射頂部層１３８を通り抜けた後に光吸収層１３３内で吸収されるようにされている。

光吸収層１３３又はカラーフィルタ層は、レーザベース光源１００の意図したカラー発光に従って選択される。カラーフィルタ層は、好ましくは、以下のような無機顔料材料である：
青色：ＣｏＯ−Ａｌ_２Ｏ_３
ウルトラマリン
緑色：ＴｉＯ_２−ＣｏＯ−ＮｉＯ−ＺｒＯ_２
ＣｅＯ−Ｃｒ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３
ＴｉＯ_２−ＺｎＯ−ＣｏＯ−ＮｉＯ
黄色：バイバナジウム酸塩
Ｐｒ、Ｚ、Ｓｉ酸化物
Ｔｉ、Ｓｂ、Ｃｒ酸化物
Ｔａ酸化物 窒化物
赤色：Ｆｅ_２Ｏ_３
Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆｅ酸化物
ＣｄＳ−ＣｄＳｅ
ＴａＯＮ

これらの材料は好ましくは、光の後方散乱による光損失を回避するために、２００ｎｍ未満の粒子径で使用される。

さらに、金属フタロシアニン又はペリレンの群から選択されることが可能な温度安定性有機顔料を適用することができる。

光カップリング構造１２５の位置、そして特には光カップリング面１２７の位置は、ランプの全体構成（例えば、車両ヘッドライト、プロジェクションランプ）に適応され得る。故に、図１及び３−６に示したようにライトガイド１２０を光コンバータ１３４の中心に配置する必要はない。また、ライトガイド１２０及び光コンバータ１３４は、図１及び３−６に示した９０°とは異なる角度を為してもよい。

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
１２ 透過レーザ光
２０ 変換光
５１ 吸収
５２ 波長
５５ ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の吸収係数
１００ レーザベース光源
１１０ レーザ
１２０ ライトガイド
１２５ 光カップリング構造
１２７ 光カップリング面
１３０ 光変換デバイス
１３１ ヒートシンク
１３２ 反射底部層
１３３ 光吸収層
１３４ 光コンバータ
１３４ａ 側面コーティング
１３５ 反射防止層
１３６ 透光体
１３６ａ 下部透光層
１３６ｂ 透光性の間隔
１３６ｃ 上部透光層
１３７ 偏向層
１３８ 反射頂部層
１３９ キャリア

Claims (12)

1. 光コンバータと透光体とを有する光変換デバイスであって、
   前記透光体の第１の面が前記光コンバータの頂面に結合され、前記光コンバータの底面が反射底部層に結合され、前記透光体は、前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、前記透光体の該第２の面は反射頂部層に結合され、
   前記透光体は、前記光コンバータの冷却を提供し、
   当該光変換デバイスは光カップリング構造を有し、該光カップリング構造は、ライトガイドを受け入れるための前記反射底部層内の孔及び前記光コンバータ内のスロットを有し、
   前記光カップリング構造は、レーザピーク発光波長を持つレーザ光を前記ライトガイドを介して受ける光カップリング面を有し、該光カップリング面は、該光カップリング面を通る前記レーザ光の少なくとも８０％が前記透光体によって受けられるように配置され、
   前記反射頂部層は、前記レーザ光の少なくとも一部を前記光コンバータへと反射し返すように適応され、
   前記光コンバータは、反射されたレーザ光を、変換された光へと変換するように適応され、該変換された光のピーク発光波長は、前記レーザピーク発光波長よりも長い波長域にあり、
   前記反射底部層は、前記変換された光の少なくとも８０％が前記透光体及び前記反射頂部層を介して放たれるように適応されている、
   光変換デバイス。
2. 前記光カップリング構造は、前記光コンバータを貫く孔を有し、前記光カップリング面は、前記透光体の表面を有する、請求項１に記載の光変換デバイス。
3. 前記光コンバータは、前記光コンバータに入った前記レーザ光の少なくとも８０％を変換又は吸収するように構成されている、請求項１に記載の光変換デバイス。
4. 前記反射頂部層は、前記光カップリング面を介して受けられた前記レーザ光の１０％以上且つ５０％以下を透過させるように適応されている、請求項１、２、又は３に記載の光変換デバイス。
5. 前記透光体は、前記レーザ光を散乱させるように構成されている、請求項４に記載の光変換デバイス。
6. 前記透光体は、前記光コンバータの前記頂面に結合された下部透光層と、前記反射頂部層に結合された上部透光層とを有する、請求項５に記載の光変換デバイス。
7. 前記透光体は更に、前記下部透光層と前記上部透光層との間に配置された偏向層を有する、請求項６に記載の光変換デバイス。
8. 当該光変換デバイスは、前記光コンバータと前記透光体との間に配置された反射防止層を有し、該反射防止層は、前記レーザ光の反射を抑制するように構成されている、請求項４に記載の光変換デバイス。
9. 前記反射頂部層は、前記レーザ光の少なくとも９５％を反射するように適応されている、請求項１、２、又は３に記載の光変換デバイス。
10. 当該光変換デバイスは、前記透光体とは反対側で前記反射頂部層に結合された光吸収層を有し、該光吸収層は、前記反射頂部層を通り抜けた後の透過レーザ光を吸収するように適応され、該光吸収層は更に、前記反射頂部層を通り抜けた後の前記変換された光の少なくとも９０％を透過させるように適応されている、請求項９に記載の光変換デバイス。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光変換デバイスと、ライトガイドと、レーザとを有し、前記ライトガイドが、前記光カップリング構造に結合され、
    前記ライトガイドの光出射面が、前記レーザによって放たれたレーザ光が前記ライトガイドを介して前記光カップリング面によって受けられるように配置される、
    レーザベース光源。
12. 請求項１乃至８のいずれか一項を引用する場合の請求項１１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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