上述の原理に基づいて1つより多い光源を有すること、及び1つより多い光源をマトリックスに配置することが有用であると思われる。この目的で、ロッドは互いに近接して配置され得る。しかしながら、その場合、ヒートシンク及び/又は光源用の電子機器のための余地がない。更に、これは、望ましくないクロストークをもたらすおそれがある。
これらの課題を克服するために、本明細書では、とりわけ、複数のルミネッセンスロッドがテーパ状の構成に配置された、画素化されたルミネッセンスロッド構成が提案される。各ロッドは、画素化された光を可能にし、クロストークを回避するために、別個のLEDアレイによってポンピングされ、ヒートシンクによって包囲される。
したがって、本発明は、(i)光源光を供給するように構成されたそれぞれ1つ以上の光源の複数のセットと、(ii)複数のルミネッセンス要素であって、各ルミネッセンス要素は、光源光を受光するための放射入射面と、第1の面と、第2の面と、を有する細長い発光体(「本体」又は「細長い本体」又は「発光体」)を備え、第1の面と第2の面との間の距離は、細長い発光体の長さを規定し、放射入射面は第1の面と第2の面との間に延在し、各ルミネッセンス要素は、光源光の少なくとも一部をルミネッセンス材料光に変換するためのルミネッセンス材料を含み、各ルミネッセンス要素は、ルミネッセンス要素からルミネッセンス材料光を逃がすためのルミネッセンス要素出射窓を有し、第2の面は当該ルミネッセンス出射窓を有する、複数のルミネッセンス要素とを備える、照明デバイスであって、ルミネッセンス要素は、隣接する発光体の第1の面間の最短距離が、隣接するルミネッセンス要素出射窓間の最短のルミネッセンス要素出射窓距離(d2)よりも大きいテーパ状の構成で構成されており、それにより、隣接する発光体間に間隙を規定し、複数のルミネッセンス要素のルミネッセンス要素出射窓はマトリックスで構成されている、照明デバイス(「デバイス」)を提供する。
このような照明デバイスは、照明デバイスによって生成される高強度の光を可能にする。更に、このような照明デバイスは、実施形態では画素化されてもよい広い発光面を可能にする。更に、このような照明デバイスは、ヒートシンクが発光体間に配置されてもよいため、及び/又は光源が発光体間に配置されてもよいため、光源の効率的な冷却及び/又は配置を可能にし得る。
上述のように、デバイスは、(i)それぞれ1つ以上の光源の複数のセットと、(ii)複数のルミネッセンス要素と、を備える。
セットはそれぞれ、1つ以上の光源を有し、特に、セットはそれぞれ、光源光を供給するように構成された複数の光源を有する。光源は、特に、発光ダイオードなどの固体光源であってもよい(以下も参照)。したがって、実施形態では、セット内の光源は同じビンからのものであってもよい。(したがって)セット内の光源は、セット内の光源が生成する光の本質的に同じスペクトル分布を本質的に有してもよい。各セットは、単一の本体に光源光を供給するように構成されてもよい。したがって、各本体は、セットの光源に放射的に結合されてもよい。セットは単一の光源を含んでもよいが、一般に、複数の光源を含む(以下も参照)。
(したがって)各セットは、単一の発光体に光源光を供給するように構成されてもよい。しかしながら、照明デバイスはまた、光源の2つ以上のセットが単一の発光体に光源光を供給するように構成された実施形態を含んでもよい。これは、実施形態では、細長い本体の長さに沿って構成された光源の異なるセットを意味し得る。しかしながら、単一の発光体に対して光源の複数のセットが適用される場合、セットが細長い本体の異なる面に構成された実施形態を特に意味する。したがって、実施形態では、光源の複数のセットは、単一の細長い本体に光源光を供給するように構成されており、異なるセットの光源の光軸は、0°よりも大きく、かつ360°よりも小さい相互角度で構成されている。特定の構成では、相互角度は約180°である。
複数の細長い本体があるとき、(主として)異なる細長い本体に対応する少なくとも2セットの光源がある。特定の実施形態では、光源のセットは、(制御システムによって)独立制御されてもよく、以下も参照されたい。
更に、上述のように、デバイスは、複数のルミネッセンス要素を備える。照明デバイスは、少なくとも4つなどの、少なくとも8つ等の、少なくとも2つのルミネッセンス要素を備える。実施形態では、最大100個×100個のルミネッセンス要素がある。
各ルミネッセンス要素は、光源光を受光するための放射入射面を有する細長い発光体を備える。したがって、各細長い発光体は、(1つ以上の)光源のセットと放射的に結合される。
各ルミネッセンス要素は、光源光の少なくとも一部をルミネッセンス材料光に変換するためのルミネッセンス材料を含む。細長い本体は、特にルミネッセンス材料に関して本質的に同一であってもよい。したがって、実施形態では、各ルミネッセンス要素、すなわち各発光体に関して、発光体から(ルミネッセンス要素出射窓を通って)逃げる光は、本質的に同じスペクトル分布を有してもよい。このような実施形態は、例えば、照明デバイス光の強度の制御を可能にしてもよいが、スペクトル分布の制御は可能にしなくてもよい。しかしながら、他の実施形態では、2つ以上のルミネッセンス要素は、例えば、少なくとも20nmなど、少なくとも10nm異なる波長平均化強度最大値(すなわち重心波長)などの、異なるスペクトル分布を有するルミネッセンス材料光を供給するように構成されている。ルミネッセンス材料及び発光体の例が以下に示される。
各ルミネッセンス要素は、ルミネッセンス材料光用のルミネッセンス要素出射窓を有する。この窓は、本質的に、面又は面の一部であってもよく、当該面又は面の一部から、ルミネッセンス材料光が第1の材料から第2の材料に伝搬し得る。
本体は、本質的に発光体であってもよい。特定の実施形態では、本体は、ルミネッセンス材料(又は活性化剤)の含有量がない又は低減された部分を含んでもよい。このような部分は、例えば、(同一)本体内の上流で生成された光を混合するために使用されてもよい。両実施形態では、本体は放射出射窓を含む。したがって、このような実施形態では、ルミネッセンス要素出射窓は、放射出射窓を有してもよいく、又は放射出射窓であってもよい。他の実施形態では、発光体は、混合要素などの光学延長要素と光学的に結合されてもよい。好ましくは、この要素は、発光体の屈折率の+/−2%等の、+/−5%などの、+/−10%の範囲内の屈折率などの、発光体の屈折率に近い屈折率を有する。対象となる屈折率は、特に、ルミネッセンス材料の発光最大波長、又はあるいは、ルミネッセンス材料の発光重心波長における屈折率であってもよい。用語「重心波長」は当該技術分野において既知であり、光エネルギーの半分がより短い波長であり、エネルギーの半分がより長い波長である波長値を意味する。値はナノメートル(nm)で表される。重心波長は、波長に対する強度のスペクトル平均(Σλ*Iλ/(ΣI)、すなわち、積分強度に対して正規化された発光バンドに対する強度の積分)である。ルミネッセンス材料それぞれの重心波長は、室温で(特に20℃)で決定されてもよい。
したがって、用語「面」は、本体の側面を意味し得る。したがって、用語「窓」は、放射が本体又はルミネッセンス要素から逃げることができる及び/又は放射が本体に入る面を意味し得る。したがって、特に、各ルミネッセンス要素は、ルミネッセンス要素からルミネッセンス材料光を逃がすためのルミネッセンス要素出射窓を有する。本体は細長い本体であるため、放射入射面は特に、細長い面である。したがって、放射入射面は細長い本体の側面であってもよい(細長い本体の側面によって構成されてもよい)。ルミネッセンス要素出射窓は、特に、ルミネッセンス材料光の少なくとも一部を細長い発光体などの要素からルミネッセンス要素出射窓を介して(細長い本体の放射出射窓を介してなど)アウトカップルするように構成されてもよい。別の箇所に示されるように、概して、放射入射面の面積は、(本体の放射出射窓などの)ルミネッセンス出射窓の面積よりも大きい。特に、比A:Eは、2:1より大きく、例えば、2:1より大きく、かつ50000:1より小さく、A及びEは、以下のように、すなわち、それぞれ、放射入射面の面積及び放射出射窓の面積と定義される。
したがって、デバイスは、特に、(それぞれ)発光体と光学的に結合される1つ以上の混合要素(すなわち、光混合要素)を有する1つ以上の発光体を含んでもよい。ルミネッセンス材料光は、発光体から混合要素に伝搬してもよく、混合要素から逃げてもよい。このような実施形態では、ルミネッセンス材料光は、光学延長要素の放射出射窓から発出してもよい。したがって、このような実施形態では、ルミネッセンス要素出射窓は、光学延長要素の放射出射窓を有してもよく、又は光学延長要素の放射出射窓であってもよい。ここで、用語「光学延長要素」は、混合要素、及び/又は例えば、本体のテーパ状の構成(以下も参照)を修正するための要素であって、そのような修正によって、ルミネッセンス要素出射窓が平面内に構成される構成をもたらし得る要素を特に意味し得る。
したがって、実施形態では、ルミネッセンス要素出射窓は平面内に構成されている。これは、本体がデバイスの所望の構成に構成されているとき、放射出射窓が平面内に構成されるように(本体の軸に対して)構成される放射出射窓を発光体に設けることによって達成されてもよい。したがって、発光体が(デバイスの光軸に対して)異なる角度で構成されているとき、例えば、鋸引き又は研磨によって、放射出射窓は平行に、特に平面内に(特にデバイスの光軸に垂直に)配置される。代替的に(又は追加的に)、異なる角度を修正し、出射窓を提供し、下流に構成された光学延長要素を有する発光体が異なる角度で構成されているとき、放射出射窓が平行に、特に平面内に配置されることを可能にする、前述の光学延長要素などの延長部が設けられてもよい。したがって、1つ以上のルミネッセンス要素は、発光体の放射出射窓の下流に構成された光学延長要素を更に備えてもよく、光学延長要素は、1つ以上のルミネッセンス要素出射窓を有する。実施形態では、光学延長要素は(したがって)混合要素であってもよい。各ルミネッセンス要素は光学延長要素を有してもよい。しかしながら、他の実施形態では、ルミネッセンス要素よりも少ない光学延長要素がある。
したがって、ルミネッセンス要素出射窓の1つ以上は放射出射窓の1つ以上を含む、又は1つ以上のルミネッセンス要素出射窓は(1つ以上の細長い本体の)1つ以上の放射出射窓と光受光関係で構成されている。ルミネッセンス要素出射窓の1つ以上が放射出射窓の1つ以上を含み、1つ以上の他のルミネッセンス要素出射窓が1つ以上の他の放射出射窓と光受光関係で構成されるという意味で、組み合わせも可能であり得る。
上述のように、ルミネッセンス要素は、隣接する発光体間の平均距離(d1)が隣接するルミネッセンス要素出射窓間の最短のルミネッセンス要素出射窓距離(d2)よりも大きい構成で構成されている。したがって、本質的に、オプションとして光学延長要素を有する発光体は、細長い本体の一方の側にある部品が細長い本体の他方の側にある部品よりも互いにより遠くに離れるように構成されている。これら部品は、細長い本体の長さを規定してもよい。したがって、実施形態では(第1の)端面又は末端部とも示され得る第1の端部は互いに(比較的)離れていてもよく、一方、実施形態では(第2の)端面又は突端とも示され得る他端は互いに比較的近接していてもよい。したがって、ルミネッセンス要素の(及び細長い本体の)テーパ状の構成が提供され得る。したがって、隣接する発光体間の平均距離(d1)は、隣接するルミネッセンス要素出射窓間の最短のルミネッセンス要素出射窓距離(d2)よりも大きい。このようにして、隣接する発光体間の間隙が規定される。このような間隙は、例えば、楔形状を有してもよいが、他の形状も可能であり得る。
少なくとも2つであるが、実施形態では、少なくとも8つ等の、少なくとも4つの、複数のルミネッセンス要素が適用されてもよい。2つより多い要素が適用される場合、1つより多い列を有する構成を選択することも可能である。このようにして、マトリックスが形成されてもよい。したがって、特定の実施形態では、照明デバイスは、n≧2であり、m≧2であるn×mマトリックスのルミネッセンス要素出射窓を有して構成された少なくとも4つのルミネッセンス要素を備えてもよい。例えば、列間に間隙が設けられるが、列内の本体間には(実質的な)間隙がないことは可能であり得る。相当数の要素が適用される実施形態では、「第1の」本体は、例えば、(最密充填のような)6つの又は(立方晶配列のような)8つの隣接する本体を有してもよい。例えば、第1の本体と2つの隣接する本体との間に、第1の本体の長さにわたって本質的に変化しない(小さな)間隙があってもよく、一方、(他の列内の)4つ又は6つの隣接する本体では、第1の本体の長さにわたって変化し得る間隙があってもよい。したがって、3つ以上の発光体が利用可能な実施形態では、少なくとも2つは、本体のうちの少なくとも1つの長さにわたって寸法が変化する相互間隙を有して構成されてもよい。
したがって、実施形態では、隣接する発光体は、例えば、5〜40°など、8〜35°等、特に10〜30°などの、5〜60°の範囲から特に選択される相互角度で構成されている。したがって、3つ以上の発光体が利用可能な実施形態では、少なくとも2つは相互角度で構成されていてもよい。2つより多い列が利用可能である場合、外側の列は、外側の列の光軸又は本体軸など、80°など、70°等の、約120°の最大相互角度を規定してもよい。
間隙は、ヒートシンク及び/又は電子機器(例えば、1つ以上の光源を含む)に対して適切に使用されてもよい。したがって、実施形態では、照明デバイスは、1つ以上のヒートシンクを更に備えてもよく、1つ以上のヒートシンクは、1つ以上の間隙内に少なくとも部分的に構成されている。
(したがって)照明デバイスは、ルミネッセンス集光器と熱接触する1つ以上の冷却要素を更に備えてもよい。冷却要素はヒートシンク、又はペルチェ素子などの能動的に冷却された要素であり得る。更に、冷却要素は、空気を介した、又は放熱グリースなどの熱を伝達することができる中間要素を用いた、熱伝達を含む、他の手段を介して光透過性本体と熱的に接触していることができる。しかし、特に、冷却要素は本質的に光透過性本体と物理的に接触していない。用語「冷却要素」はまた、複数の(異なる)冷却要素を指す場合がある。実施形態では、冷却要素は、少なくとも1μm、少なくとも2μmなど、特に少なくとも5μm等の、細長い光透過性本体までの平均距離を有してもよく、又は放熱要素は、細長い光透過性本体の側面の全面積の最大10%、最大5%などと物理的に接触している。したがって、平均は、特に、50μm以下である。
それゆえ、照明デバイスは、固体光源及び/又はルミネッセンス集光器の冷却を促進するように構成されたヒートシンクを含んでもよい。ヒートシンクは、銅、アルミニウム、銀、金、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミニウムシリコンカーバイド、酸化ベリリウム、シリコン−シリコンカーバイド、アルミニウムシリコンカーバイド、銅タングステン合金、銅モリブデンカーバイド、炭素、ダイヤモンド、グラファイト、及びこれらの2つ以上の組み合わせを含んでもよく、又はこれらからなってもよい。代替的に又は追加的に、ヒートシンクは、酸化アルミニウムを含んでもよく、又は酸化アルミニウムからなってもよい。「ヒートシンク」という用語はまた、複数の(異なる)ヒートシンクを指す場合がある。
本発明においては、冷却要素又はヒートシンクを使用して、光透過性本体を冷却してもよく、又は同一の若しくは異なる冷却要素又はヒートシンクを使用して、光源を冷却してもよい。冷却要素又はヒートシンクはまた、更なる冷却手段へのインタフェースを提供してもよく、又は冷却輸送体が熱を周囲に放散することを可能にしてもよい。例えば、冷却要素又はヒートシンクは、より遠隔に置かれたヒートシンクに接続されたヒートパイプ若しくは水冷却システムに接続されてもよく、又はファンによって生成されるような空気流によって直接冷却されてもよい。受動的冷却及び能動的冷却の両方が適用されてもよい。ヒートシンクは、例えば、電子デバイス又は機械デバイスによって生成された熱を、流体媒体、多くの場合、空気又は冷却液に伝達し、それにより、熱がデバイスから放散され得る受動熱交換器と定義され得る。これにより、デバイスの温度の調節が可能になる。
特定の実施形態では、ヒートシンク(又は冷却要素)と光透過性本体との間に物理的接触はない。特に、平均は、少なくとも、ルミネッセンス材料のルミネッセンスによって透過される光の強度平均化波長である。実施形態では、光透過性本体とヒートシンク又は冷却要素との間の平均は、少なくとも1μm、少なくとも2μmなど、少なくとも5μm等である。更に、良好な熱伝達のためには、光透過性本体とヒートシンク又は冷却要素との間の平均距離は、50μm以下、25μm以下など、20μm以下等、15μm以下など、最大10μm等である。
したがって、実施形態では、照明デバイスは、少なくとも1μm、少なくとも2μmなど、特に少なくとも5μm等の、細長い光透過性本体までの平均距離を有するヒートシンクを更に備えてもよく、又は放熱要素は、細長い光透過性本体の側面の全面積の最大10%、最大5%などと物理的に接触している。したがって、平均は、特に、50μm以下である。冷却要素という用語はまた、ヒートシンク又は能動冷却要素を指す場合がある。
特定の実施形態では、細長いルミネッセンス集光器は、十分量の熱が細長いルミネッセンス集光器からエアギャップを通り高熱伝導性ハウジングに向かって移動し得る一方、細長いルミネッセンス集光器内に閉じ込められた光のTIR(total internal reflection;内部全反射)を提供するために、細長いルミネッセンス集光器間に十分なエアギャップが存在したままであるように、2つの金属プレート間にクランプされる又は高熱伝導性材料からなるハウジング内にクランプされる。エアギャップの厚さは光の波長よりも大きく、例えば、0.1μmよりも大きく、例えば、0.5μmよりも大きい。細長いルミネッセンス集光器は、細長いルミネッセンス集光器とハウジングとの間に、0.1μmを超える、例えば、0.5μmを超える、少なくとも1μm等、少なくとも5μmなど、特に、20μm以下、10μm以下など(上で定義した平均も参照)の直径を有する小球又はロッドなどの小さな粒子を与えることによって、ハウジング内に固定される。あるいは、細長いルミネッセンス集光器は、細長いルミネッセンス集光器に接触する高熱伝導性ハウジングの表面上にある程度の表面粗さを与えることによってハウジング内に固定されてもよく、表面粗さは、0.1μmを超える、例えば、0.5μmを超える、好ましくは、約10μm以下の深さにわたって変化する。
このような球、ロッド、又は高熱伝導性ハウジングの粗面の接触点の密度は、細長い光透過性本体の表面積の大部分が接触されないままであり、細長い光透過性本体の側面の全面積の最大10%等、最大5%などの、細長い光透過性本体内に閉じ込められた光の内の高レベルのTIR反射を確保するように、比較的非常に小さい。
間隙はまた、光源を構成するために使用されてもよい。これにより、要素のコンパクトな構成を可能にしてもよい。間隙はまた、本体のヒートシンク用に、及び光源のヒートシンク用に使用されてもよい。したがって、特定の実施形態では、光源の1つ以上のセットはヒートシンクの1つ以上と熱接触する。したがって、特定の実施形態では、本発明はまた、隣接する発光体に面する楔面を有する楔形状の1つ以上のヒートシンクを提供する。更なる態様では、本発明はまた、オプションとして、ヒートシンクに関連付けられた光源を有する楔形状のヒートシンクを提供する。例えば、固体光源を有するPCB(printed circuit board;プリント基板)がヒートシンクの面に物理的に結合されてもよい。
上述のように、本明細書では、「画素化されたマトリックス」とも示される、ルミネッセンス要素出射窓のマトリックスが提供されてもよい。特定の実施形態では、複数のルミネッセンス要素出射窓は同一のサイズを有する。本体は角度を成して構成されてもよいため、これは、異なる幅及び/若しくは高さを有する本体が適用されること、並びに/又は複数の本体の1つ以上がテーパリングを有すること、並びに/又は複数の本体の1つ以上が、本質的に同じ寸法を有する出射窓を提供する光学延長要素(上記を参照)等を有することを意味し得る。「同一のサイズ」等のような用語は、実質的に同一のサイズ等も意味し得る。
更なる実施形態では、照明デバイスは、1つ以上のルミネッセンス要素出射窓の下流に構成された光学要素を更に備えてもよい。特に、このような光学要素は、(i)1つ以上のルミネッセンス要素出射窓を介した光学要素へのルミネッセンス材料光の抽出を促進する、及び(ii)1つ以上のルミネッセンス要素出射窓から出るルミネッセンス材料光をビーム成形する、のうちの1つ以上のために構成されてもよい。
複数のルミネッセンス要素があるため、また、複数の光学要素が適用されてもよい。しかしながら、例えば、光学要素はルミネッセンス要素の列と光受光関係に構成されるなど、光学要素の数は、また、より少なくてもよい。更に、実施形態では、単一の光学要素が、全てのルミネッセンス要素出射窓の下流に構成されてもよい。特定の実施形態では、光学要素はコリメータ及びレンズの群から選択される。
光学要素は、特に、光ビームを、所望の角度分布を有するビームに変換するために(「コリメートする」ために)使用されるコリメータを備えてもよい。更に、光学要素は、特に、放射入射窓を有する光透過性本体を備えてもよい。したがって、光学要素は、発光体からの変換器放射をコリメートするように構成されている光透過性材料の本体であってもよい。
特定の実施形態では、光学要素は、CPC(compound parabolic concentrator;複合放物面集光器)などの複合放物面状のコリメータを含む。
大規模CPCなどの大規模コリメータが、光の抽出器として、及び(発光)放射をコリメートするために特に用いられてもよい。あるいは、(発光)放射を集光するために、ロッドの突端に光学的接触(n>1.00)を有するドーム、又はCPCなどの中空コリメータも構成されてよい。
光学要素は、発光体の(最も長い本体軸(本体軸は、放射入射面に特に平行である)に垂直な)断面と同じ形状を有する(光軸に対して垂直な)断面を有してもよい。例えば、後者が矩形断面を有する場合には、前者もまた、そのような矩形断面を有してもよいが、ただし、寸法は異なっていてもよい。更に、(光学要素はビーム成形機能を有してもよいので)光学要素の寸法は、その長さにわたって変化してもよい。
更に、光学要素の断面の形状は、光軸に沿う位置によって変化してもよい。特定の構成では、矩形断面のアスペクト比は、光軸に沿う位置によって好ましくは単調に変化してもよい。別の好ましい構成では、光学要素の断面の形状は、光軸に沿う位置によって、円形から矩形に、又は矩形から円形に変化してもよい。
上述のように、(細長い光透過性本体の)放射出射窓は、光学要素の放射入射窓と光学的に接触する。用語「光学的接触」及び「光学的に結合される」などの同様の用語は、放射出射窓の表面領域(A1)から逃げる光が光学要素放射入射窓に、これら要素の屈折率差による最小限の損失(フレネル反射損失又はTIR(内部全反射)損失など)を伴って入射し得ることを特に意味する。損失は、以下の要因のうちの1つ以上によって最小限に抑えられてもよい:2つの光学要素間の直接的な光学的接触、2つの光学要素間に光学接着剤を提供することであって、好ましくは、光学接着剤が、2つの個々の光学要素の最低屈折率よりも高い屈折率を有すること、2つの光学要素を近接して(例えば、光の波長よりも遥かに小さい距離で)設けることにより、2つの光学要素間に存在する材料を通って光がトンネリングすること、2つの光学要素間に光学的に透明な境界面材料を設けることであって、好ましくは、光学的に透明な境界面材料が、2つの個々の光学要素の最低屈折率よりも高い屈折率を有し、光学的に透明な境界面材料が、液体又はゲルであってもよいこと、あるいは、2つの個々の光学要素(の1つ又は両方)の表面上に光学的反射防止コーティングを設けること。実施形態では、光学的に透明な境界面材料はまた、固体材料であってもよい。更に、光学境界面材料又は接着剤は、特に、2つの個々の光学要素の最大屈折率以下の屈折率を有してもよい。
用語「光学的に接触している」の代わりに、用語「放射線的に結合されている」又は「放射的に結合されている」もまた使用されてもよい。用語「放射線的に結合される」は、発光体によって放出される放射の少なくとも一部がルミネッセンス材料によって受け入れられるように、発光体(すなわち、細長い光透過性本体)と光学要素とが互いに関連付けられることを特に意味する。実施形態では、発光体と光学要素とは、特に、示される「窓」が互いに物理的に接触してもよく、又は他の実施形態では、例えば、約1mm未満、好ましくは100μm未満の厚さを有する光学接着剤の(薄)層によって互いに分離されてもよい。光学的に透明な境界面材料が適用されない場合、光学的に接触している2つの要素間の距離は、特に、最大でおよそ、最大発光波長などの関連の波長であってもよい。可視波長に関しては、これは1μm未満、0.7μm未満などであってもよく、青色については、更に小さくてもよい。
上述のように、照明デバイスは、光透過性本体、特には光透過性本体のルミネッセンス材料によって変換器放射に少なくとも部分的に変換される光源光を供給するための複数の光源を備えてもよい。変換された光は、光学要素、特には光学要素の放射入射窓と特に光学的に接触している放射出射窓から少なくとも部分的に逃げることができる。
同様に、光源は発光体と放射的に結合されるが、概して、光源は発光体と物理的に接触しない(以下も参照)。発光体は物体であるため、及び、一般に光学要素もまた物体であるため、用語「窓」は、本明細書では、特に側面又は側面の一部を指す場合がある。
したがって、発光体は1つ以上の側面を有し、光学要素は、放射入射窓において、1つ以上の側面から逃げる変換器放射の少なくとも一部を受け入れるように構成されている。
この放射は、空気などのガスを介して入射窓に直接到達してもよい。追加的に又は代替的に、この放射は、発光体の近傍に配置されたミラーにおける反射などの1回以上の反射後に入射窓に到達してもよい。したがって、実施形態では、照明デバイスは、1つ以上の側面に平行に特に構成され、発光体から第1の距離に構成された第1の反射面を更に備えてもよく、第1の反射面は、1つ以上の側面から逃げる変換器放射の少なくとも一部を反射して発光体又は光学要素に戻すように構成されている。反射面と1つ以上の側面との間の空間はガスを含み、ガスは空気を含む。第1の距離は、例えば、0.1μm〜20mmの範囲内、1μm〜10mmの範囲内など、2μm〜10mm等であってもよい。
特に、距離は、少なくとも対象とする波長、特には対象とする波長の少なくとも2倍である。更に、例えば保持目的又は距離保持目的である程度の接触があり得るとき、特に、平均距離は、少なくともλi、少なくとも1.5*λiなど、少なくとも2*λi等、特に約5*λiなどであり、λiは、対象とする波長である。しかしながら、特に、実施形態では、良好な熱接触のために、平均距離は、50μm以下、25μm以下など、20μm以下等、10μm以下等である。同様に、このような平均最小距離は、例えば端面に構成された反射器及び/若しくは光学フィルタ、又は他の光学構成要素にも適用してよい。オプションとして、実施形態では、要素は、反射面を有するヒートシンク又はヒートシンクに機能的に結合された反射器など、ヒートシンク機能反射機能の両方を備えてもよい。
照明デバイスは、青色光、緑色光、黄色光、橙色光、又は赤色光等を提供するように構成されてもよい。代替的に又は追加的に、実施形態では、照明デバイスは(また)、近紫外線(特に、320〜400nmの範囲内)などの紫外線、及び近赤外線(特に、750〜3000nmの範囲内)などの赤外線のうちの1つ以上を提供するように構成されてもよい。更に、特定の実施形態において、照明デバイスは白色光を提供するように構成してもよい。必要に応じて、光学フィルタを使用して単色性が改善されてもよい。近紫外線の定義と近赤外光の定義は、可視光線に一般的に用いられる定義(380〜780nm)と一部重複してもよい。
用語「光集光器」又は「ルミネッセンス集光器」は、1つ以上の光源が光変換器の比較的大きな表面(面積)を照射し、多くの変換器放射が光変換器の比較的小さな面積(出射窓)から逃げることができるとき、本明細書で使用される。これにより、光変換器の特定の構成が、その光集光器の特性を提供する。特に、光集光器は、ストークス偏移光、すなわちポンプ放射に対してストークス偏移を受けた光を提供してもよい。したがって、用語「ルミネッセンス集光器」又は「ルミネッセンス要素」は、同じ要素、特に、細長い光透過性本体(ルミネッセンス材料を含む)を意味してもよく、用語「集光器」及び同様の用語は、1つ以上の光源と組み合わせた使用を意味してもよく、用語「要素」は、複数を含む、1つ以上の光源と組み合わせて使用されてもよい。単一光源を使用する場合、そのような光源は、例えば、レーザ、特に、固体レーザ(LEDレーザ等)であってもよい。細長い光透過性本体はルミネッセンス材料を含み、本明細書では、特に、ルミネッセンス集光器として使用され得る。本明細書では、細長い光透過性本体は、「発光体」とも示される。特に、複数の光源が適用されてもよい。
用語「上流」及び「下流」は、光生成手段(本明細書では特に、光源)からの光の伝搬に対する、物品又は特徴部の配置に関するものであり、光生成手段からの光のビーム内での第1の位置に対して、光生成手段により近い、光のビーム内の第2の位置が、「上流」であり、光生成手段からより遠くに離れた、光のビーム内での第3の位置が「下流」である。
光集光器は光透過性本体を備える。光集光器は特に、セラミックロッド、又は単結晶などの結晶、又はポリマー本体などの、細長い光透過性本体に関連して説明される。しかし、これらの態様は、他の形状のセラミック本体又は単結晶に対しても関連し得る。特定の実施形態では、発光体は、セラミック本体又は単結晶を含む。
光透過性本体は、導光特性又は導波特性を有する。それゆえ、光透過性本体はまた、本明細書では、導波路又は光ガイドとしても示される。光透過性本体は、集光器として使用されるため、光透過性本体はまた、本明細書では、集光器としても示される。光透過性本体は、概して、実施形態では少なくとも可視光などの、(近)紫外放射、可視放射、及び(近)赤外放射のうちの1つ以上の、光透過性本体の長さに垂直な方向における(ある程度の)透過を有する。三価セリウムのような賦活剤(ドーパント)が無ければ、可視光の内部透過率は100%に近いであろう。
1つ以上のルミネッセンス波長に対する光透過性本体の透過率は、少なくとも80%/cm、少なくとも90%/cmなど、更に特には少なくとも95%/cm、少なくとも98%/cmなど、少なくとも99%/cmなどであってもよい。これは、例えば、光透過性本体の1cm3の立方体片は、選択された発光波長(光透過性本体のルミネッセンス材料のルミネッセンスの最大発光に対応する波長など)を有する放射の垂直照射下で、少なくとも95%の透過率を有することを意味する。
本明細書では、透過率の値は、(例えば空気との)境界面におけるフレネル損失を考慮に入れない透過率を特に指す。したがって、用語「透過率」は、内部透過率を特に指す。内部透過率は、例えば、透過率が測定される異なる幅を有する2つ以上の本体の透過率を測定することによって決定されてもよい。次いで、そのような測定値に基づき、フレネル反射損失の寄与及び(結果的に)内部透過率が決定され得る。したがって、特に、本明細書に示される透過率の値はフレネル損失を無視する。
対象となる波長の高い透過率に加えて、波長の散乱も特に低くすることができる。したがって、散乱効果のみを考慮に入れた(したがって、起こり得る吸収を考慮に入れない(いずれにせよ高透過率を鑑みると低いであろう))対象とする波長の平均自由行程は、本体の長さの少なくとも0.5倍、少なくとも本体の長さなど、少なくとも本体の長さの2倍等であってもよい。例えば、実施形態では、散乱効果のみを考慮に入れた平均自由行程は、少なくとも5mm、少なくとも10mmなどであってもよい。対象とする波長は、特に、ルミネッセンス材料のルミネッセンスの最大発光における波長であってもよい。用語「平均自由行程」は、特に、その伝搬方向を変化させる散乱事象を受ける前に光線が進む平均距離である。
用語「光」及び「放射」は、用語「光」が可視光のみを指すことが文脈から明白でない限り、本明細書では互換的に使用される。したがって、用語「光」及び「放射」は、紫外放射、可視光、及び赤外放射を意味し得る。特定の実施形態、特に照明用途では、用語「光」及び「放射」は可視光を意味する。
特定の実施形態では、紫外放射という用語は、近紫外放射(NUV)を意味し得る。したがって、本明細書では、一般に紫外線、特定の実施形態では近紫外線を指すために、用語「(N)UV」も適用される。特定の実施形態では、赤外放射という用語は、近赤外放射(NIR)を意味し得る。したがって、本明細書では、一般に赤外線、特定の実施形態では近赤外線を指すために、用語「(N)IR」も適用される。
本明細書では、用語「可視光」は、特に、380〜780nmの範囲から選択される波長を有する光に関する。透過率は、第1の強度を有する特定波長の光を、垂直放射下で光透過性本体に供給し、材料を透過した後に測定された波長の光の強度を、材料に供給された特定波長の光の第1の強度に関連付けることによって決定されることができる(CRC Handbook of Chemistry and Physics,69th edition,1088−1989のE−208及びE−406も参照)。
光透過性本体は、梁(又はバー)状又はロッド状などの任意の形状を有してもよいが、しかしながら、特に梁状(直方体状)の形状を有し得る。しかしながら、光透過性本体はまた、ディスク状などであってもよい。ルミネッセンス集光器などの光透過性本体は、管のように中空であってもよく、又は、水で充填された管、若しくは別の固体光透過性媒体で充填された管のように、別の材料で充填されてもよい。本発明は、特定の形状の実施形態に限定されるものではなく、また本発明は、単一の出射窓又はアウトカップリング面を有する実施形態に限定されるものでもない。以下では、いくつかの特定の実施形態が、より詳細に説明される。光透過性本体が、円形の断面を有する場合には、幅及び高さは、等しくてもよい(及び、直径として定義されてもよい)。しかしながら、特に、光透過性本体は、バー状の形状などの、直方体状の形状を有し、更に、単一の出射窓を設けるように構成されている。
特定の実施形態では、光透過性本体は、特に、1よりも大きいアスペクト比を有してもよく、すなわち、長さが幅よりも大きい。一般に、光透過性本体は、ロッド若しくはバー(梁)、又は矩形の板であるが、光透過性本体は、正方形、矩形、又は丸い断面を必ずしも有するものではない。一般に、光源は、本明細書では放射入射面として示される、より長い面(側縁部)のうちの1つ(以上)を照射するように構成されており、放射は、本明細書では放射出射窓として示される、前方の面(前縁部)から逃げる。光源は、1つ以上の側面、及びオプションとして端面に放射を提供してもよい。したがって、1つより多い放射線入射面が存在してもよい。
特に、実施形態では、固体光源又は他の光源は、光透過性本体と(直接)物理的に接触していない。
(光源の光出射窓と光透過性本体の光入射窓との間の)物理的接触は、(光透過性本体からの)望ましくないアウトカップリング、ゆえに、集光器の効率の低下につながる場合がある。したがって、特に、物理的接触は実質的にない。実際の接触面積が十分に小さく保たれる場合、光学的影響は無視してもよく、又は少なくとも許容可能であってもよい。したがって、例えば、ある表面粗さ若しくは完全に平坦ではない表面から、又は短い平均距離を可能にはするものの相当量の光は抽出しない2つの表面間の特定の平均距離を規定する表面上のいくつかの意図的に作成された「最高点」によって生じるいくつかの小さな点によってある程度の物理的接触を有することは完全に許容可能であってもよい。
更に、一般に光透過性本体は、2つの実質的に平行な面である、放射線入射面と、放射線入射面の反対側の反対面とを備える。これらの2つの面は、本明細書では、光透過性本体の幅を規定する。一般に、これらの面の長さは、光透過性本体の長さを規定する。したがって、一般に、これら面は細長い面である。しかしながら、上述のように、また以下でも示されるように、光透過性本体は、任意の形状を有してもよく、また、形状の組み合わせを含んでもよい。特に、放射線入力面は、放射線入力面面積(A)を有し、放射線出射窓は、放射線出射窓面積(E)を有し、放射線入力面面積(A)は、放射線出射窓面積(E)よりも、少なくとも1.5倍、更に特に少なくとも2倍大きく、特に、2〜50,000倍の範囲、特に5〜5,000倍大きいなどの、少なくとも5倍大きい。それゆえ、特に、細長い光透過性本体は、少なくとも1.5の、少なくとも2などの、少なくとも5、又は遥かに大きいような、放射線入力面の面積と放射線出射窓の面積との比として定義される、幾何学的集光係数を有する(上記を参照)。このことは、例えば、複数の固体光源の使用を可能にする(以下も参照)。自動車、デジタルプロジェクタ、又は高輝度スポットライト用途のような、典型的な用途に関しては、小さいが高放射束又は光束の放出表面が望まれる。これは、単一のLEDでは得ることができないが、本発明の照明デバイスでは得ることができる。特に、放射線出射窓は、1〜100mm2の範囲から選択される放射線出射窓面積(E)を有する。そのような寸法では、放出表面が小さい場合もあるが、それにも関わらず、高放射輝度又は輝度が達成され得る。上述のように、光透過性本体は、一般に、ある(長さ/幅の)アスペクト比を有する。このことは、放射線出射表面は小さいが、例えば複数の固体光源で照射される、大きい放射線入力表面を可能にする。特定の実施形態では、光透過性本体は、0.5〜10mmなど、0.5〜100mmの範囲から選択される幅(W)を有する。それゆえ、光透過性本体は特に、本明細書で示される面を有する、一体型本体である。
特に、放射入射面と放射出射窓とは、実施形態では90°などの、0°よりも大きく、かつ180°よりも小さな相互角度(α)を有する。したがって、各発光体に関して、放射入射面と放射出射窓とが0°よりも大きく、かつ180°よりも小さな相互角度を有することが当てはまってもよい。概して、前者の面は側面であり、後者の窓は端面である(端面によって含まれる)。しかしながら、それゆえ、放射出射窓はまた、本体の(他の)面のうちの1つ以上に対して鈍角又は鋭角で構成され得る面を有してもよい。
概してロッド状又はバー状の光透過性本体は、任意の断面形状を有することができるが、実施形態では正方形、矩形、円形、楕円形、三角形、五角形、又は六角形の断面を有する。一般に、セラミック又は結晶本体は、直方体である。特定の実施形態では、本体には、光入力表面がやや台形の形状を有する、直方体とは異なる形状が与えられてもよい。そうすることによって、光束が更に増強される場合があり、このことは、一部の用途に関して有利であり得る。それゆえ、一部の場合には(上記も参照)、用語「幅」はまた、円形の断面を有する光透過性本体の場合などでは、直径を指す場合もある。それゆえ、実施形態では、細長い光透過性本体は、更に、幅(W)及び高さ(H)を有し、特に、L>W、及びL>Hである。特に、第1の面と第2の面とが長さを規定し、すなわち、これらの面の間の距離が、細長い光透過性本体の長さである。これらの面は、特に、平行に配置されてもよい。更に、特定の実施形態では、長さ(L)は、少なくとも2cm、3〜20cm等、4〜20cmなど、最大15cmなどである。しかしながら、例えば0.5〜2cmなどの他の寸法も可能であり得る。
特に、光透過性本体は、光源光の95%超を吸収するように選択された幅(W)を有する。実施形態では、光透過性本体は、特に0.05〜2cm、0.1〜1.5cmなど、0.1〜1cm等の、0.03〜4cmの範囲から選択された幅(W)を有する。本明細書に示されるセリウム濃度においては、そのような幅は、光源によって生成された(特に最大励起強度を持つ励起波長の)実質的に全ての光を吸収するには十分である。
光透過性本体はまた、円筒形状のロッドであってもよい。実施形態では、円筒形状のロッドはロッドの長手方向に沿って1つの平坦な表面を有し、その表面に、光源により発せられた光の光透過性本体の中への効率的なインカップリングのために、光源が配置されてもよい。この平坦な表面はまた、ヒートシンクを配置するために使用されてもよい。円筒状の光透過性本体はまた、例えば互いに反対側に配置された、又は互いに直角に位置付けられた、2つの平坦な表面を有してもよい。実施形態では、平坦な表面は円筒状のロッドの長手方向の一部に沿って延在している。しかし、特に縁部は平面であり互いに直角に構成されている。
側面は、特にそのような平坦な表面である。平坦な表面は、特に、最大100nm、5〜100nmの範囲内など、50nm以下等のRaなどの、比較的低い表面粗さを有する。
光透過性本体はまた、透明材料内で近接して配置されたか又は光学的に接続されたか、いずれかの、ファイバ又は多数のファイバ、例えばファイバ束であってもよい。ファイバは発光ファイバと呼ばれる場合がある。個々のファイバは、直径が、例えば、0.1〜0.5mmと、非常に細くてもよい。光透過性本体はまた、1本の管又は複数の管を含んでもよい。実施形態では、管は、空気等のガス、又はヘリウム若しくは水素などのより高い熱伝導率を有する別のガス、又はヘリウム、水素、窒素、酸素、及び二酸化炭素のうちの2種以上を含むガスで充填されてもよい。実施形態では、管は、水又は(別の)冷却液などの液体で充填されてもよい。
本発明による実施形態では、以下で説明されるような光透過性本体はまた、光透過性本体が、一直線状のバー又はロッドではなく、例えば、90°若しくは180°の屈曲、U字形状、円形若しくは楕円形状、ループ、又は、複数のループを有する3次元螺旋形状の形態の、丸みを帯びた角部を含み得るように、長さ方向で折り畳まれ、屈曲され、及び/又は成形されてもよい。このことにより、コンパクトな光透過性本体が提供され、光透過性本体は、概して光が誘導される全長が、比較的大きいことにより、比較的高いルーメン出力をもたらすが、同時に、比較的小さい空間内に配置されることができる。例えば、光透過性本体のルミネッセンス部分は剛性であってもよいが、一方で光透過性本体の透明部分は、光透過性本体の長さ方向に沿った成形を提供するように可撓性である。光源は、折り畳まれた、屈曲させた、及び/又は成形された光透過性本体の長さに沿った、いかなる場所に置かれてもよい。
光インカップリング領域又は光出射窓として使用されない光透過性本体の部分には、反射器が設けられてもよい。それゆえ、一実施形態では、照明デバイスは、ルミネッセンス材料放射を反射して光透過性本体の中に戻すように構成された反射器を更に備える。従って、照明デバイスは、特に、放射出射窓以外の1つ以上の他の面から逃げる放射を反射して光透過性本体の中に戻すように構成された、1つ以上の反射器を更に含んでもよい。特に、放射出射窓の反対側の面は、そのような反射器を含んでもよいが、一実施形態では、放射出射窓とは物理的に接触はしていない。それゆえ、反射器は特に、光透過性本体とは物理的に接触していなくてもよい。したがって、一実施形態において、照明デバイスは、(少なくとも)第1の面の下流に構成され、光を反射して細長い光透過性本体の中に戻すように構成された光反射器を更に備える。代替的に又は追加的に、光反射器はまた、光源光をインカップルするために又はルミネッセンス光をアウトカップルするために使用されない、他の面及び/又は面の一部に構成されてもよい。特に、そのような光反射器は光透過性本体と物理的に接触していなくてもよい。更に、そのような光反射器は、ルミネッセンス光及び光源光のうちの1つ以上を反射して光透過性本体の中に戻すように構成されてもよい。それゆえ、実質的に全ての光源光が、ルミネッセンス材料(すなわち特にCe3+のような賦活剤要素)による変換のために保持されてもよく、ルミネッセンスの相当の部分が、放射出射窓からのアウトカップリングのために保持されてもよい。用語「反射器」はまた、複数の反射器を指す場合がある。
1つ以上の反射器は、薄い金属板、又は、例えばガラスなどの基板上に堆積された反射金属層などの、金属反射器からなるものであってもよい。1つ以上の反射器は、プリズム構造体などの、光(の一部)を反射する光学構造を含む、光学的に透明な本体からなるものであってもよい。1つ以上の反射器は、鏡面反射器からなるものであってもよい。1つ以上の反射器は、所望の方向に向けて光線を反射するように設計されている、プリズム構造体又は鋸歯状構造体などの、微細構造体を含んでもよい。
好ましくは、そのような反射器はまた、光源が配置される平面内に存在し、当該平面が、各開口部が対応する光源と同じサイズを有する開口部を有するミラーからなり、(第1の)光透過性本体から平面の方向に移動する光がミラー層に当たってミラー層により反射され(第1の)光透過性本体に向かって戻る高い確率を受け入れる一方、対応する光源の光がミラー層を通過して細長い(第1の)光透過性本体に入ることを可能にする。
用語「インカップルする(coupling in)」及び同様の用語、並びに「アウトカップルする(coupling out)」及び同様の用語は、それぞれ、光が(光透過性本体の外部の)媒体から光透過性本体内に変化すること、及び、その逆に変化することを示す。一般に、光出射窓は、導波路の1つ以上の他の面に(実質的に)垂直に構成されている、面(又は、面の一部)である。一般に、光透過性本体は、1つ以上の本体軸(長さ軸、幅軸、又は高さ軸など)を含むことになり、出射窓は、そのような軸に(実質的に)垂直に構成されている。それゆえ、一般に、光入力面は、光出射窓に(実質的に)垂直に構成されることになる。それゆえ、放射線出射窓は、特に、1つ以上の放射線入力面に垂直に構成される。それゆえ、特に、光出射窓を含む面は、光入力面を含まない。
効率を更に改善し、及び/又はスペクトル分布を改善するために、ミラー、光学フィルタ、追加的な光学部品等のような、いくつかの光学要素が含まれてもよい。
特定の実施形態では、照明デバイスは、光を反射して細長い光透過性本体に戻すように構成された、第1の面に構成されたミラーを有してもよく、及び/又は第2の面に構成された、光学フィルタ、(波長選択)ミラー、反射偏光子、光抽出構造、及びコリメータのうちの1つ以上を有してもよい。第2の面では、ミラーは、例えば、波長選択性ミラー、又は、穴を含むミラーであってもよい。後者の実施形態では、光は、反射されて本体内に戻ってもよいが、光の一部は、穴を通って抜け出てもよい。特に、実施形態では、光学要素は、本体から、0.1〜1mmなどの、約0.01〜1mmの距離で構成されてもよい。これは特に、例えば、光結合が望まれないミラーに適用されてもよい。
CPC又は混合要素等の光学要素などにおいて光結合が望まれる場合、ルミネッセンス材料が配置される本体の(一部の)下流に、光学的に透明な境界面材料が適用されてもよい。更に他の実施形態では、光学的に透明な境界面材料が適用されない場合、光学的に接触している2つの要素間の平均距離は、特に、最大でおよそ、最大発光波長などの関連の波長であってもよい。したがって、光学的接触が望まれるときに、物理的接触があってもよい。このような実施形態であっても、ゼロ以外の平均距離があってもよいが、その場合、対象とする波長以下である。
特定の実施形態では、特に、光学的接触が望まれない場合、平均距離は前述のとおりであってもよいが、例えば、構成の目的で、複数の場所において物理的接触があってもよい。例えば、側面の全面積の10%未満にわたって、5%未満などにわたって縁面との接触があってもよい。したがって、最小平均距離は、例えば、上方に定義されたとおりであってもよく、物理的接触がある場合、この物理的接触は、要素(ミラー及び/又はヒートシンク)が物理的に接触する表面の表面積の最大10%、最大5%など、最大2%等、更に特には最大1%であってもよい。例えば、側面に関しては、平均距離は、例えば、約2〜10μmであってもよい(下限は基本的に、対象とする波長の数倍として決定される。ここでは、例えば可視光であると仮定する)。これは、各々の側面の全面積の1%未満にわたって(当該距離を確保するために)物理的接触を有することによって達成され得る。
例えば、ヒートシンク若しくは反射器、又は関連の表面は、表面粗さ等のいくつかの突起を有してもよく、突起によって、表面と要素との間に接触があってもよいが、(光学的接触を本質的に防止するために)距離は平均的に少なくともλi(又はλiを超える、上記も参照)であり、しかし、(要素が熱的に結合されてもよい及び/又は光学的に結合されなくてもよい)本体の表面の10%以下、特に、実質的に10%未満との物理的接触がある。
実施形態では、光学要素は、側面の1つ以上に含まれてもよい。特に、(励起)光源光の結合効率を高めるための反射防止コーティング及び/又は変換された光のための(波長選択性)反射コーティングが適用されてもよい。
放射出射窓などのルミネッセンス要素出射窓の下流に、オプションとして光学フィルタが配置されてもよい。そのような光学フィルタは、不要な放射線を除去するために使用されてもよい。例えば、照明デバイスが、赤色光を供給するべきである場合、赤色以外の全ての光が除去されてもよい。したがって、更なる実施形態では、照明デバイスは、(放射)出射窓の下流に構成され、(放射出射窓の下流の)変換器放射における望ましくない光の相対的寄与を低減するように構成されている、光学フィルタを更に備える。光源光をフィルタ除去するために、オプションとして干渉フィルタが適用されてもよい。
また更なる実施形態では、照明デバイスは、放射出射窓などのルミネッセンス要素出射窓の下流に構成され、変換器放射をコリメートするように構成されている、コリメータを更に備える。例えばCPC(複合放物集光器)のような、そのようなコリメータは、放射出射窓から逃げる光をコリメートして、コリメートされた又は予めコリメートされた光のビームを供給するために使用されてもよい。本明細書では、用語「コリメートされる」、「予めコリメートされる」及び同様の用語は、2πよりも(実質的に)小さな立体角を有する光ビームを特に意味し得る。
上述のように、照明デバイスは複数の光源を備えてもよい。これら複数の光源は、光源光を単一の側若しくは面に、又は複数の面に供給するように構成されていてもよい。以下も更に参照されたい。複数の面に光を供給する時、一般に、各面は複数の光源(複数の光源のサブセット)の光を受けることになる。それゆえ、実施形態では、複数の光源は、光源光を放射入射面に供給するように構成されることになる。また、この複数の光源は一般に、1つの列又は複数の列で構成されることになる。したがって、光透過性本体は細長く、複数の光源は、細長い光透過性本体の軸に実質的に平行であり得る列に構成されてもよい。光源の列は、細長い光透過性本体と実質的に同一の長さを有してもよい。それゆえ、光透過性本体は、光源の列の第2の長さ(L2)の約80〜120%の範囲内の長さ(L)を有し、あるいは、光源の列は、光透過性本体の長さの約80〜120%の範囲内の長さを有する。
光源は、紫外線(近紫外線を含む)、可視光、及び赤外線(近赤外線を含む)の範囲から選択された波長を有する光を提供するように構成されてもよい。
特に、光源は、動作中に少なくとも、200〜490nmの範囲から選択される波長の光(光源光)を放出する光源であり、特に、動作中に少なくとも、360〜490nmの範囲、例えば400〜490nm、更に特に、430〜490nmの範囲、例えば440〜490nm、例えば最大480nmから選択される波長の光を放出する光源である。この光は、部分的に、発光材料によって使用されてもよい。それゆえ、特定の実施形態では、光源は、青色光を生成するように構成されている。特定の実施形態では、光源は、固体光源(LED又はレーザダイオードなど)を含む。用語「光源」はまた、例えば2〜2000個などの、2〜500個などの、2〜100個のような、例えば少なくとも4つの光源、実施形態では特に4〜80個の(固体)光源などの、複数の光源にも関連し得るが、より多くの光源が適用されてもよい。したがって、実施形態では、4〜500個の光源、例えば、8〜200個の光源等、少なくとも10個の光源など、ましてや少なくとも50個の光源が適用されてもよい。用語「光源」はまた、そのような集光発光型集光器に適用されるように調整されている、1つ以上の光源、例えば、細長い発光型集光器の長く細長い光入力表面に合致する、長く細長い放射表面を有する、1つ以上のLEDにも関連し得る。それゆえ、LEDという用語はまた、複数のLEDを指す場合もある。それゆえ、本明細書で示されるように、用語「固体光源」はまた、複数の固体光源を指す場合もある。一実施形態では(以下も参照)、これらの複数の固体光源は、実質的に同一の固体光源であり、すなわち、実質的に同一のスペクトル分布の固体光源放射線を供給する。実施形態では、固体光源は、光透過性本体の異なる面を照射するように構成されてもよい。更には、用語「光源」はまた、実施形態では、いわゆるチップオンボード(chips-on-board;COB)光源を指す場合もある。用語「COB」は、特に、封入も接続もされることなく、PCB(「プリント基板」)又は同等のものなどの、基板上に直接実装されている、半導体チップの形態のLEDチップを指す。それゆえ、複数の半導体光源が、同じ基板上に構成されてもよい。実施形態では、COBは、単一の照明モジュールとして一体に構成されている、マルチLEDチップである。
照明デバイスは複数の光源を備える。特に、複数(m)の光源の光源光はスペクトルの重なりを有し、更に特に、それらは同じタイプのものであって、実質的に同一の光(よって実質的に同じスペクトル分布を有する)を供給する。それゆえ、光源は、例えば10nmの帯域幅内、特に8nm内、例えば5nm内において、実質的に同じ発光最大(「ピーク最大」)を有し得る(例えば、ビニングにより得られる)。しかしながら、更に他の実施形態では、照明デバイスは、単一の光源、特に、比較的大きなダイを有する固体光源を備えてもよい。したがって、本明細書では、また、「1つ以上の光源」という語句が適用されてもよい。上述のように、1つ以上の光源は同じビン内にあってもよいが、オプションとして、これは2つ以上のセットに関して異なってもよい。
実施形態では、例えば、2つ以上の異なる光透過性本体を適用する場合など、2つ以上の異なるルミネッセンス材料があってもよい。このような実施形態では、光源は、2つの異なるルミネッセンス材料の励起を可能にする2つ以上の異なる発光スペクトルを有する光源を備えてもよい。このような2つ以上の異なる光源は、異なるビンに属してもよい。
光源は特に、少なくとも0.2ワット/mm2の青色の光パワー(Wopt)を、光透過性本体に、すなわち放射入射面に供給するように構成される。青色の光パワーは、スペクトルの青色部分として定義されるエネルギー範囲内にあるエネルギーとして定義される(以下も参照)。特に、光子束は平均で少なくとも4.5×1017光子/(s.mm2)であり、例えば少なくとも6.0×1017光子/(s.mm2)である。青色(励起)光を想定した場合、これは、例えば少なくとも1つの放射入射面に、平均で少なくとも、それぞれ0.067ワット/mm2及び0.2ワット/mm2の青色パワー(Wopt)が供給されることに対応し得る。ここで、用語「平均」は、特に(放射入射表面のうちの少なくとも1つの)領域にわたる平均を指す。2つ以上の放射入射表面が照射される場合、特に、これら放射入射表面の各々は、そのような光子束を受光する。更に、特に示される光子束(又は青色光源光が適用される場合、青色パワー)も時間にわたる平均である。
別の更なる実施形態、特に(DLP(digital light processing))プロジェクタ用途においては複数の光源はパルス動作で作動され、デューティサイクルは10〜80%の範囲、例えば25〜70%の範囲から選択される。
別の更なる実施形態、特に、例えば、国際公開第0119092号又は米国特許第RE42428(E1)号に記載されているような動的コントラスト技術を用いる(LCD又はDLP)プロジェクタ用途においては、複数の光源はビデオ信号コンテンツ制御PWMパルス動作で作動され、デューティサイクルは0.01〜80%の範囲、例えば0.1〜70%の範囲から選択される。
別の更なる実施形態、特に、例えば、米国特許国際公開第0119092号又は米国特許6631995(B2)号に記載されているような動的コントラスト技術を用いる(LCD又はDLP)プロジェクタ用途においては、複数の光源は、ビデオ信号コンテンツ制御強度変調動作で作動され、強度変化は、0.1〜100%の範囲、例えば2〜100%の範囲から選択される。
照明デバイスは、複数のルミネッセンス集光器、例えば2〜50個の範囲、2〜20個の範囲のような光集光器(例えば積層されていてもよい)を備えていてもよい。
光集光器は、1つ以上の光源、特に複数の光源、例えば2〜1000個、2〜50個などの光源に放射的にカップルされていてもよい。「放射的にカップルする」という用語は、特に、光源から発せられた放射の少なくとも一部が光集光器によって受け取られ(少なくとも部分的にルミネッセンスに変換される)ように、光源と光集光器とが互いに関連付けられていることを意味する。用語「ルミネッセンス」の代わりにまた、用語「発光」又は「発光放射」が適用されてもよい。
それゆえ、ルミネッセンス集光器は、1つ以上の放射入射面において、上流に構成された光集光器から、又は上流に構成された光源から放射(ポンプ放射)を受光する。更に、光集光器は、1つ以上の放射入射面で受光されたポンプ放射の少なくとも一部をルミネッセンス材料放射に変換するように構成されたルミネッセンス材料と、ルミネッセンス材料放射の少なくとも一部を放射出射窓において変換器放射としてアウトカップルするように構成されたルミネッセンス集光器とを備える。この変換器放射は特に照明デバイス光の構成成分として使用される。
「放射出射窓においてルミネッセンス材料放射を供給するよう構成される」という語句、及び類似語句は、特に、ルミネッセンス材料放射がルミネッセンス集光器内(すなわち光透過性本体内)で生成され、ルミネッセンス材料放射の一部が放射出射窓に到達しルミネッセンス集光器から逃げる実施形態を指す。それゆえ、放射出射窓の下流においてルミネッセンス材料放射が供給される。変換器放射は、放射出射窓の下流において、少なくとも、光変換器から放射出射窓を通って抜け出たルミネッセンス材料放射を含む。用語「変換器放射」の代わりに、用語「光集光器光」もまた使用されてよい。ポンプ放射は、単一の放射入射面又は複数の放射入射面に適用することができる。
実施形態において、長さ(L)は1〜100cm、例えば特に、少なくとも3cm等の、2〜50cmの範囲、例えば、最大30cm等の、5〜50cmの範囲から選択される。よって、これは全てのルミネッセンス集光器に適用されてもよい。しかし、この範囲は、異なるルミネッセンス集光器が、この範囲内の異なる長さを有し得ることを示す。
なお更なる実施形態では、(ルミネッセンス集光器の)細長い光透過性本体は細長いセラミック本体を備える。例えば、Ce3+(三価セリウム)でドープされたルミネッセンスセラミックガーネットは、青色光を、より長い波長を有する光、例えば緑色から赤色の波長領域内、例えば約500〜750nmの範囲内、シアンの光にさえも変換するために使用され得る。十分な吸収、及び所望の方向への光出力を得るため、透明なロッド(特に実質的に梁の形状のもの)を使用することが好都合である。このようなロッドは、光源光を変換器放射に変換し、出射表面において(相当量の)(収束された)変換器放射を提供する光集光器として使用され得る。光集光器に基づく照明デバイスは、例えばプロジェクタ用途向けに関心の対象となり得る。プロジェクタにおいては、赤色、黄色、緑色、及び青色のルミネッセンス集光器が関心の対象である。ガーネットをベースにした緑色/黄色ルミネッセンスロッドは比較的効率的であり得る。このような集光器は特に、YAG:Ce(すなわち、Y3Al5O12:Ce3+)、又はLuAGに基づき、実施形態においてはLu3Al5O12:Ce3+などの、(Y1−xLux)3Al5O12:Ce3+(式中、0≦x≦1)として示され得る。「赤色」ガーネットは、YAGガーネットにGdをドープすることにより作製され得る(「YGdAG」)。シアンエミッタは、例えば、(例えばLuAG中の)Al(の一部)を(「LuGaAG」を得るために)Gaに置換することによって作製され得る。青色ルミネッセンス集光器は、YSO(Y2SiO5:Ce3+)若しくは類似の化合物、又はBAM(BaMgAl10O17:Eu2+)若しくは類似の化合物に基づき、特に、単結晶として構成され得る。類似の化合物という用語は、同じ結晶構造を有するが、1つ以上のカチオンが少なくとも部分的に別のカチオンに置換された(例えば、YがLu及び/若しくはGdに置換された、又はBaがSrに置換された)化合物を特に意味する。オプションとして、また、アニオンが少なくとも部分的に置換されてもよく、又はAl−Oの少なくとも一部をSi−Nに置換するなど、カチオン−アニオンの組み合わせが少なくとも部分的に置換されてもよい。
それゆえ、特に細長い光透過性本体は、(青色)光源光の少なくとも一部を、例えば、緑色、黄色、及び赤色のうちの1つ以上の変換器放射に波長変換するように構成されたセラミック材料を含み、変換器放射は少なくとも一部が放射出射窓から逃げる。
実施形態では、セラミック材料は特に、A3B5O12:Ce3+セラミック材料(「セラミックガーネット」)を含み、ここで、Aはイットリウム(Y)及び/又はルテチウム(Lu)及び/又はガドリニウム(Gd)を含み、Bはアルミニウム(Al)及び/又はガリウム(Ga)、特に少なくともAlを含む。以下に更に示されるように、Aはまた他の希土類元素を指してもよく、BはAlのみを含んでもよいが、オプションとして更にガリウムを含んでもよい。式A3B5O12:Ce3+は、特に化学式、すなわち異なる種類の元素A、B、及びOの化学量論(3:5:12)を示す。しかし、当技術分野において知られているとおり、そのような式で示される化合物は、オプションとして化学量論からの小さな逸脱をも含んでよい。
別の更なる態様では、本発明はまた、そのような細長い光透過性本体それ自体、すなわち、第1の面と第2の面とを有する細長い光透過性本体を提供し、これら面は、特に、細長い光透過性本体の長さ(L)を規定し、細長い光透過性本体は1つ以上の放射入射面と放射出射窓とを有し、第2の面は、放射出射窓を有し、細長い光透過性本体は、(青色)光源光の少なくとも一部を、(細長い光透過性本体が青色光源光で照射されると放射出射窓から少なくとも部分的に逃げる)緑色、黄色、及び赤色変換器放射のうちの(少なくとも)1つ以上などの変換器放射に波長変換するように構成されたセラミック材料を含み、セラミック材料は、本明細書で定義されるようなA3B5O12:Ce+3セラミック材料を含む。よって、そのような光透過性本体は光変換器として使用され得る。特に、このような光透過性本体は直方体の形状を有する。
上述のように、実施形態では、セラミック材料はガーネット材料を含む。しかしながら、他の(結晶学的)立方系も適用されてよい。それゆえ、細長い本体は特にルミネッセンスセラミックを含む。ガーネット材料、特にセラミックガーネット材料は、本明細書ではまた、「ルミネッセンス材料」として示される。ルミネッセンス材料は、A3B5O12:Ce3+(ガーネット材料)を含み、Aは特に、Sc、Y、Tb、Gd及びLuからなる群(特に少なくともY及び/又はLu、及びオプションとしてGd)から選択され、Bは特に、Al及びGaからなる群(特に少なくともAl)から選択される。特には、Aは(本質的に)、(i)ルテチウム(Lu)、(ii)イットリウム、(iii)イットリウム(Y)及びルテチウム(Lu)、(iv)ガドリニウム(Gd)、オプションとして、前述のうちの1つとの組み合わせを含み、Bは、アルミニウム(Al)又はガリウム(Ga)又は両方の組み合わせを含む。そのようなガーネットは、セリウム(Ce)で、及び、オプションとしてプラセオジム(Pr)などの他の発光化学種でドープされる。
上述のように、元素Aは特に、イットリウム(Y)及びガドリニウム(Gd)からなる群から選択されてもよい。それゆえ、A3B5O12:Ce3+はまた、特に、(Y1−xGdx)3B5O12:Ce3+を指し、特にxは0.1〜0.5の範囲内、更に特に0.2〜0.4の範囲内、なお更に特に0.2〜0.35である。それゆえ、Aは、50〜90原子%の範囲のY、更に特に、少なくとも60〜80原子%のYを含んでもよく、また更に特に、Aの65〜80原子%がYを構成する。更には、それゆえAは特に、20〜40原子%のような、10〜50原子%の範囲のGdなどの、少なくとも10原子%のGd、また更に特に20〜35原子%のGdを含む。
特に、Bは、アルミニウム(Al)を含むが、しかしながら、Bはまた、部分的にガリウム(Ga)及び/又はスカンジウム(Sc)及び/又はインジウム(In)を含んでもよく、特に最大約20%のAl、更に特に最大約10%のAlが、置換されてもよい(すなわち、Aイオンは、本質的に90モル%以上のAlと、10モル%以下のGa、Sc及びInのうちの1種以上とからなる)。Bは、特に、最大約10%のガリウムを含んでもよい。それゆえ、Bは、少なくとも90原子%のAlを含んでもよい。それゆえ、A3B5O12:Ce3+はまた、特に、(Y1−xGdx)3Al5O12:Ce3+を指し、特にxは0.1〜0.5の範囲内、更に特に0.2〜0.4の範囲内にある。
別の変形例では、B(特に、Al)及びOは、少なくとも部分的に、Si及びNによって置換されてもよい。オプションとして、Al−Oの最大約20%、最大10%などが、Si−Nによって置換されてもよい。
セリウムの濃度に関して、nモル%のCeという表示は、Aのn%がセリウムによって置換されることを示す。それゆえ、A3B5O12:Ce3+はまた、(A1−nCen)3B5O12と定義されてもよく、nは0.001〜0.035、例えば0.0015〜0.01の範囲内にある。それゆえ、本質的にY及びモルCeを含むガーネットは、実際には、((Y1−xGdx)1−nCen)3B5O12を指す場合があり、x及びnは、上記で定義されたとおりである。
特に、セラミック材料は、焼結プロセス及び/又はホットプレスプロセス、オプションとしてその後の(ごく薄い)酸化性雰囲気でのアニーリングにより得られる。用語「セラミック」は、特に、とりわけ、例えば10−8〜500MPaの範囲、例えば特に少なくとも0.5MPa、特に少なくとも1MPaのような、1〜約500MPaのような、例えば少なくとも5MPa、又は少なくとも10MPaの、減圧、大気圧又は高圧の下で、特に一軸又は等方圧下で、特に等方圧下で、少なくとも500℃、特に少なくとも800℃、例えば少なくとも1000℃、少なくとも1400℃のような温度で、(多結晶)粉末を加熱することにより得ることができる無機材料に特に関する。セラミックを得るための具体的方法は、熱間等方圧圧縮成形(hot isostatic pressing;HIP)であるが、HIPプロセスは、上述したような温度及び圧力の条件下での、ポスト焼結HIP、カプセルHIP、又は結合型焼結HIPプロセスであってもよい。このような方法によって得ることができるセラミックが、そのまま使用されてもよく、又は更に処理(例えば研磨)されてもよい。特にセラミックは、理論密度(すなわち単結晶の密度)の少なくとも90%(又はより高い、以下参照)、例えば少なくとも95%、97〜100%の範囲のような密度を有する。セラミックは、依然として多結晶であってもよいが、粒子(圧縮された粒子又は圧縮された凝集粒子)間の縮小された又は強く縮小された体積を有する。HIPなどの高圧下での加熱は例えば、N2及びアルゴン(Ar)のうちの1種以上を含むような不活性ガス中で実施されてもよい。特に、高圧下での加熱の前に、1400〜1900℃の範囲、例えば1500〜1800℃から選択された温度での焼結プロセスが実施される。このような焼結は減圧下で、例えば10−2Pa以下の圧力下で実施されてもよい。このような焼結は、理論密度の少なくとも95%程度、更に特に少なくとも99%程度の密度を既にもたらしてもよい。特にHIPなどの加圧下での予備焼結と加熱の両方の後では、光透過性本体の密度は単結晶の密度に近い可能性がある。しかし、光透過性本体は多結晶であるので、光透過性本体内では粒界が利用できるという違いがある。このような粒界は、例えば光学顕微鏡又はSEMによって検出され得る。それゆえ、光透過性本体は特に、(同一材料の)単結晶と実質的に同一の密度を有する焼結多結晶を指す。よって、このような本体は、(例えば特にCe3+などの光吸収化学種による吸収を除いて)可視光に対して非常に透明であってもよい。
ルミネッセンス集光器はまた、単結晶などの結晶であってもよい。このような結晶は、高温プロセスにおいて溶融体から成長/引き出しすることができる。典型的にはブールと呼ばれる大型の結晶を切断して小片とし光透過性本体を形成することができる。上述の多結晶ガーネットは、代わりに単結晶の形で成長させることもできる材料の例である。
光透過性本体を得た後、本体は研磨されてもよい。研磨の前又は後に、特に研磨の前に、(酸化雰囲気中で)アニーリングプロセスが実施されてもよい。更なる特定の実施形態では、アニーリングプロセスは、少なくとも2時間、例えば少なくとも1200℃で少なくとも2時間続く。更に、特に酸化雰囲気は例えばO2を含む。
セリウムがドープされたガーネットの代わりに、又はこのようなガーネットに加えて、他のルミネッセンス材料も、ルミネッセンス集光器として有機又は無機の光透過性マトリックスに適用され、例えば埋め込まれてもよい。例えば、量子ドット及び/又は有機染料が適用されてもよく、例えばPMMA又はポリシロキサン等のようなポリマーなどの透過性マトリックス内に埋め込まれてもよい。ホストマトリックスとして他の光透過性材料も使用されてよい。以下も参照されたい。
量子ドットは、一般に数ナノメートルのみの幅又は直径を有する、半導体材料の小さい結晶である。入射光によって励起されると、量子ドットは、結晶のサイズ及び材料によって決定されている色の光を放出する。それゆえ、ドットのサイズを適合させることによって、特定の色の光が作り出されることができる。可視域で発光する既知の量子ドットの殆どは、硫化カドミウム(CdS)及び硫化亜鉛(ZnS)などのシェルを有する、セレン化カドミウム(CdSe)に基づく。リン化インジウム(InP)、並びに硫化銅インジウム(CuInS2)及び/又は硫化銀インジウム(AgInS2)などのカドミウムを含まない量子ドットも使用され得る。量子ドットは、極めて狭い発光帯を示し、それゆえ、量子ドットは飽和色を示す。更には、発光色は、量子ドットのサイズを適合させることによって、容易に調整されることができる。本発明では、当該技術分野において既知の、任意のタイプの量子ドットが使用されてもよい。しかしながら、環境に関する安全性及び懸念の理由から、カドミウムを含まない量子ドット、又は、少なくともカドミウム含有量が極めて低い量子ドットを使用することが好ましい場合がある。
量子ドットの代わりに、又は量子ドットに加えて、他の量子閉じ込め構造体もまた使用されてもよい。用語「量子閉じ込め構造体」は、本出願の文脈では、例えば、量子井戸、量子ドット、量子ロッド、又はナノワイヤとして理解されるべきである。
有機蛍光体も、同様に使用されることができる。好適な有機蛍光体材料の例は、ペリレン誘導体に基づく有機発光材料、例えば、BASFによってLumogen(登録商標)の名称で販売されている化合物である。好適な化合物の例としては、限定するものではないが、Lumogen(登録商標)Red F305、Lumogen(登録商標)Orange F240、Lumogen(登録商標)Yellow F083、及びLumogen(登録商標)F170が挙げられる。
いくつかの色変換スキームが可能であり得る。しかしながら、特に、ストークスシフトは比較的小さい。特に、ポンピングに使用される光源の帯域最大値の位置と、放出される光の帯域最大値の位置との(波長における)差として定義されるストークスシフトは、100nm以下であるが、しかしながら特に、ストークスシフトは、少なくとも約20nmなどの、少なくとも約10nmである。この色変換スキームは、特に、第1の発光材料放射への光源光の変換に適用されてもよいが、また第2の発光材料放射への第2のポンプ放射の変換などに適用されてもよい。
実施形態では、複数の光源はUV放射を第1のポンプ放射として供給するように構成され、ルミネッセンス集光器は、青色及び緑色の第1の変換器放射のうちの1つ以上を供給するように構成される。更に他の実施形態では、複数の光源は青色放射を第1のポンプ放射として供給するように構成され、ルミネッセンス集光器は、緑色及び黄色の第1の変換器放射のうちの1つ以上を供給するように構成される。以下にも示されるように、そのような実施形態はまた、組み合わされてもよいことに留意されたい。
したがって、照明デバイスは、ルミネッセンス材料と、ルミネッセンス材料をポンピングして、(端面(第2の面)の)放射出射窓から逃げるルミネッセンス材料光を提供する1つ以上の、特に複数の光源と、を備える細長い光透過性本体から本質的になってもよい。
更に、照明デバイスは、光透過性本体の下流に構成されてもよいが、実施形態では光透過性本体と一体化されてもよいCPC又は(他の)抽出光学要素などの光学要素を備えてもよい。
オプションとして、この光学要素と光透過性本体との間に、放射混合要素が構成されてもよい。したがって、変換器とCPC(又は抽出光学要素)との間で(好ましくは円形ではなく例えば六角形の)光混合ロッドとして機能する、追加的な要素の光透過性本体の部分が構成されてもよい。代替的に又は追加的に、抽出光学要素はまた、光を混合するようにも設計されている。
更に、照明デバイスは、光透過性本体を保持するための1つ以上の保持要素を更に備えてもよい。特に、これら保持要素は縁面と接触するが、光の損失を最小限にするために、縁面のわずかな部分とのみ接触する。例えば、クランプデバイス等の保持要素は、側面の全面積の10%未満にわたって、5%未満などにわたって縁面と接触する。更に、照明デバイスは、ヒートシンク及び/又は冷却要素を備えてもよい。保持要素は、ヒートシンク及び/又は冷却要素によって含まれてもよい。
照明デバイスは、例えば、オフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店舗照明システム、家庭照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、建築照明、光ファイバアプリケーションシステム、投影システム、自己照明型ディスプレイシステム、画素化ディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警告標識システム、医療用照明アプリケーションシステム、インジケータ標識システム、装飾照明システム、ポータブルシステム、自動車用途、温室照明システム、園芸照明、若しくはLCDバックライト等の一部であってもよく、又はこれらに適用されてもよい。照明デバイスはまた、例えば、材料硬化システム、付加製造システム、計測システム、UV滅菌システム、(IR)イメージングシステム、ファイバ照明システム等の一部であってもよく、又はこれらに適用されてもよい。一態様では、本発明はまた、本明細書に記載される照明デバイス若しくは複数のそのような照明デバイスを備える投影システム又は照明器具を提供する。
また更なる態様では、本発明は、本明細書で定義されるような照明デバイスを備える、プロジェクタを提供する。上述のように、当然ながら光プロジェクタはまた、複数のそのような照明デバイスを含んでもよい。
また更なる態様では、本発明はまた、照明システム光を供給するように構成されている照明システムも提供し、照明システムは、1つ以上の本明細書で定義されるような照明デバイスを備える。この場合、用語「照明システム」はまた、(デジタル)プロジェクタに関して使用されてもよい。更には、照明デバイスは、例えば、ステージ照明(以下も更に参照)又は建築照明に関して使用されてもよい。それゆえ、実施形態では、本発明はまた、本明細書で定義されるような照明システムも提供し、照明システムは、デジタルプロジェクタ、ステージ照明システム、又は建築照明システムを含む。照明システムは、1つ以上の本明細書で定義されるような照明デバイスと、オプションとして、第2の照明デバイス光を供給するように構成されている1つ以上の第2の照明デバイスとを備えてもよく、照明システム光は、(a)(i)本明細書で定義されるような変換器放射、及びオプションとして(b)第2の照明デバイス光、のうちの1つ以上を含む。それゆえ、本発明はまた、可視光を供給するように構成されている照明システムを提供し、照明システムは、本明細書で定義されるような少なくとも1つの照明デバイスを備える。例えば、そのような照明システムはまた、光学フィルタ、コリメータ、反射器、波長変換器、レンズ要素などのうちの1つ以上のような、1つ以上の(追加的)光学要素を備えてもよい。照明システムは、例えば、ヘッドライトのような自動車用途で使用するための照明システムであってもよい。それゆえ、本発明はまた、可視光を供給するよう構成されている自動車用照明システムを提供し、自動車用照明システムは、少なくとも1つの本明細書で定義されるような照明デバイスを備え、及び/又は、デジタルプロジェクタシステムは、本明細書で定義されるような少なくとも1つの照明デバイスを備える。特に、照明デバイスは、(そのような用途において)赤色光を供給するように構成されてもよい。自動車用照明システム又はデジタルプロジェクタシステムはまた、複数の本明細書で説明されるような照明デバイスを備えてもよい。
別の更なる態様(又は上記照明システムの実施形態)では、本発明はまた、1つ以上の先行する請求項のいずれか一項に記載の照明デバイスと、制御システムと、を備える照明システムであって、2つ以上のルミネッセンス要素は、異なるスペクトル分布を有するルミネッセンス材料光を供給するように構成されており、制御システムは、光源の1つ以上のセットを制御するように構成されている、照明システムを提供する。
あるいは、照明デバイスは、例えば3D印刷技術又はUV滅菌用途のために、高強度のUV放射を供給するように設計されてもよい。あるいは、照明デバイスは、例えば(軍事)訓練を目的とするIR画像を投影するために、高強度のIR光ビームを供給するように設計されてもよい。
本明細書における白色光という用語は、当業者には既知である。特に、白色光とは、約2000〜20000K、特に2700〜20000K、一般的な照明に関しては、特に約2700K〜6500Kの範囲、バックライトの目的に関しては、特に約7000K〜20000Kの範囲の相関色温度(correlated color temperature;CCT)を有し、特に、BBL(黒体軌跡;black body locus)から約15SDCM(等色標準偏差;standard deviation of color matching)の範囲内、特にBBLから約10SDCMの範囲内、更に特に、BBLから約3SDCMの範囲内などの、BBLから約5SDCMの範囲内である光に関連する。
用語「紫色光」又は「紫色発光」は、特に、約380〜440nmの範囲の波長を有する光に関連する。用語「青色光」又は「青色発光」は、特に、約440〜490nmの範囲の波長を有する光(いくらかの紫色及びシアンの色相を含む)に関連する。用語「緑色光」又は「緑色発光」は、特に、約490〜560nmの範囲の波長を有する光に関連する。用語「黄色光」又は「黄色発光」は、特に、約560〜570nmの範囲の波長を有する光に関連する。用語「橙色光」又は「橙色発光」は、特に、約570〜600nmの範囲の波長を有する光に関連する。用語「赤色光」又は「赤色発光」は、特に、約600〜780nmの範囲の波長を有する光に関連する。用語「ピンク色光」又は「ピンク色発光」は、青色成分及び赤色成分を有する光を指す。用語「可視」、「可視光」、又は「可視発光」は、380〜780nmの範囲の波長を有する光を指す。UV光という用語は、UV−A(315〜400nm)、UV−B(280〜315nm)、又はUV−C(200〜280nm)であってもよい。IR光という用語は、780nmを上回る範囲の光であってもよい。用語「白色光」とは、実施形態では、約1000K以上の温度を有するプランクの黒体放射体の近傍で知覚される、380〜780nmの範囲の波長の特定のスペクトル組成からなる光を指す場合がある。
細長い光透過性本体、及びオプションとして、また、光学要素は、光透過性母材(したがって、ルミネッセンス材料、又は特には、実施形態では、三価セリウムなどの発光種を考慮しない)、特に、緑色及び赤色、並びに一般にまた、青色などの1つ以上の可視波長用の光透明材料を含んでもよい。好適な母材は、PE(polyethylene;ポリエチレン)、PP(polypropylene;ポリプロピレン)、PEN(polyethylene napthalate;ポリエチレンナフタレート)、PC(polycarbonate;ポリカーボネート)、ポリメチルアクリレート(polymethylacrylate;PMA)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate;PMMA)(Plexiglas(登録商標)又はPerspex(登録商標))、セルロースアセテートブチレート(cellulose acetate butyrate;CAB)、シリコーン、ポリ塩化ビニル(polyvinylchloride;PVC)、一実施形態では(PETG)(glycol modified polyethylene terephthalate;グリコール変性ポリエチレンテレフタレート)を含めた、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate;PET)、PDMS(polydimethylsiloxane;ポリジメチルシロキサン)、及びCOC(cyclo olefin copolymer;シクロオレフィンコポリマー)からなる群から選択されるような、透過性の有機材料からなる群から選択される1種以上の材料を含んでもよい。特に、光透過性材料は、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリ(メチル)メタクリレート(P(M)MA)、ポリグリコリド又はポリグリコール酸(polyglycolic acid;PGA)、ポリ乳酸(polylactic acid;PLA)、ポリカプロラクトン(polycaprolactone;PCL)、ポリエチレンアジペート(polyethylene adipate;PEA)、ポリヒドロキシアルカノエート(polyhydroxy alkanoate;PHA)、ポリヒドロキシ酪酸(polyhydroxy butyrate;PHB)、ポリ(3−ヒドロキシブチラート−co−3−ヒドロキシバレラート)(poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate);PHBV)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(polybutylene terephthalate;PBT)、ポリトリメチレンテレフタレート(polytrimethylene terephthalate;PTT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などの、芳香族ポリエステル、又はそのコポリマーを含んでもよく、特に、光透過性材料は、ポリエチレンテレフタレート(PET)を含んでもよい。それゆえ、光透過性材料は、特にポリマー光透過性材料である。
しかしながら、別の実施形態では、光透過性材料は無機材料を含んでもよい。特に、無機光透過性材料は、ガラス、(溶融)石英、透過性セラミック材料(ガーネットなど)、及びシリコーンからなる群から選択されてもよい。ガラスセラミック材料もまた適用されてよい。また、無機部分及び有機部分の双方を含むハイブリッド材料が適用されてもよい。特に、光透過性材料は、PMMA、透明PC、又はガラスのうちの1つ以上を含む。
無機ルミネッセンス材料、量子ドット、有機分子等のようなルミネッセンス材料がホストマトリックスに組み込まれる場合、実施形態では、ルミネッセンス材料の濃度は、0.01〜5wt%(重量%)、例えば0.01〜2wt%の範囲から選択されてもよい。
高輝度光源は、例えば、フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ、スタジオ照明、ステージ照明、娯楽照明、自動車用フロント照明、建築照明、拡張照明(データ/コンテンツを含む)、顕微鏡、測定、医療用途、例えば、デジタル病理学等で使用されてもよい。