JP6058861B2 - 固体照明装置 - Google Patents

Description

本開示は、投影照明アプリケーション、自動車照明及び一般的な照明アプリケーションの分野に関し、より詳細には、本開示は固体照明（ＳＳＬ）装置に関する。

異なる種類の投影照明システムが、様々な照明アプリケーションにおいて知られており使用されている。典型的なアプリケーションは、ビデオプロジェクタ、ディスプレイ照明、自動車照明及び科学的測定器を含んでいる。

超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ及びレーザーは、投影照明システムにおいて、使用される従来の種類の光源の例である。近年、ＳＳＬ技術の開発は、異なる種類の発光ダイオードを使用する投影システムを構築する試みに繋がっている。従来の光源と比較して、ＳＳＬ光源は、広い範囲の色域、より高い色飽和及びより小さい線幅を有する。ＳＳＬ光源は、また、長い寿命を有し水銀フリーである。ＳＳＬ光源を使用している照明配置の例は、米国特許出願公開第２０１３／００２１８２２号において開示されている。この開示は、光導波路板に関する。

必要な光源の特性は、前記アプリケーションに依存する。ビデオプロジェクタは、例えば、小さいエタンデュを有する光を発する小さい青色、赤色及び緑色の高輝度光源を必要とする。これらの点において、既存のＳＳＬ照明装置を改善することが考えられる。

目的は、投影照明アプリケーション、自動車照明及び一般的な照明アプリケーションのために改善された又は代替的なＳＳＬ照明装置を提供することにある。特に興味のある見地は、高輝度及び小さいエタンデュを有する緑色光を生成する光源の性能である。

本発明は、添付の独立請求項により規定される。実施例は、添付の従属クレーム、本明細書及び図面に開示されている。

第１の見地によれば、反射性内面を持つハウジングと、第１の波長領域の光を第２の波長領域の光に変換する波長変換材料を含んでいる細長い光ガイドとを有するＳＳＬ照明装置が、提供される。前記細長い光ガイドは、２つの端部、光を受け取るための部分、及び光を発するための部分を有する。前記光を受け取るための部分は前記ハウジング内に配され、前記光を発するための部分は前記ハウジング外に配される、前記２つの端部のうちの少なくとも一方は前記光を発するための部分を形成する。前記ＳＳＬ照明装置は、前記第１の波長領域の光を発するように構成される複数のＳＳＬ光源であって、前記細長い光ガイドから離間されて前記ハウジング内に配されている複数のＳＳＬ光源も有する。

ＳＳＬ光源は、例えば、半導体発光ダイオード、有機発光ダイオード、ポリマ発光ダイオード及びレーザダイオードからなるグループから選択される光源であっても良い。

使用中、前記ハウジング内へと前記複数のＳＳＬ光源から発された光の一部は、前記光を受け取るための部分を介して前記光ガイドに入射し、前記波長変換材料により吸収され、変換された前記光の一部は前記光ガイド内で導波されると共に前記光を発するための部分を通って発される。

前記光源及び前記光ガイドの一部を反射性内面を有する前記ハウジング内に入れ、波長変換過程が前記光ガイド内で生じるようにすることによって、この構造は、幾つかの光源からの光が単一の高輝度及び高電力光源を提供するのに使用されることを可能にする。

上述によるＳＳＬ照明装置の光強度及び前記電力出力は、前記複数のＳＳＬ光源のうちの単一のＳＳＬ光源の光強度及び前記電力出力よりも高いものであり得る。前記ＳＳＬ光源は、前記細長い光ガイドの前記長手方向又は長さに沿って配される。前記ＳＳＬ光源の前記発光表面は、前記細長い光ガイドに面することができる。

発光する前記部分は、例えば、前記発光する部分の表面積の大きさを調整することによって、投影システムのための十分に小さいエタンデュを有する光を発するように設計されることができる。前記細長い光ガイドは２つの端部を有し、前記発光する部分は前記少なくとも２つの端部のうちの一方により形成されることができる。

前記ＳＳＬ照明装置は、スケーラブルなものであることができ、即ち前記ＳＳＬ光源の出力電力を増大させると、前記細長い光ガイドにより発される前記光の前記エタンデュを増大させることなしに前記細長い光ガイドの出力電力を増大させることができる。

上述によるＳＳＬ照明装置において、前記光ガイドが前記ＳＳＬ光源から離間されて配されているので、前記光ガイドは前記ＳＳＬ光源により生成される前記熱による影響をあまり受けない。このような配置は、結果として、より冷たい光ガイドをもたらし、従って、前記ＳＳＬ照明装置の、増大された効率（即ち入力電力により除算された出力電力）をもたらすことができる。

前記細長い光ガイドの前記ハウジング内に配される部分の長さは、前記細長い光ガイドに巻線を供給することにより増大されることができる。例えば、前記細長い光ガイドは、巻回されても良い。前記細長い光ガイドの前記ハウジング内に配される部分の長さを増大させることは、前記ＳＳＬ照明装置の出力電力を増大させることができる。更に、前記細長い光ガイドの前記ハウジング内に配される部分の長さを増大させることは、ここから熱が放散することができる表面積を更に増大させる。このことは、前記細長い光ガイドの冷却を改善することができる。

前記変換された光は、全内部反射を介して導波されることができる。全内部反射は、前記光が前記光ガイドを通って進行する場合に経験する減衰を低減させるのを助ける光ガイドの有効な仕方である。

一実施例によれば、前記波長変換材料が吸収を示す前記第１の波長領域と、前記波長変換材料が発光を示す前記第２の波長領域との間の重複は実質的にない。「重複が実質的にない」とは、前記重複は最も短い波長領域の１５％未満、代替的には１０％未満、５％又は０％未満であることを意味している。前記第１の波長領域と第２の波長領域と間の重複が小さいほど、変換されたフォトンが前記波長変換材料によって再吸収される確率は低くなる。従って、前記ＳＳＬ照明装置の効率、即ち入力電力に対する出力電力の比は、前記第１の波長領域と第２の波長領域との間の低減された重複により増大されることができる。典型的には、前記第１の波長領域は、高輝度を有する安価なＳＳＬ光源が生成しやすい波長領域であり、前記波長変換材料の少なくとも一部が吸収を示す波長領域である。前記第１の波長領域は、約３００ｎｍから約５５０ｎｍまでであり得る。前記第２の波長領域は、約４００ｎｍから約８００ｎｍまでであり得る。

前記波長変換材料は、ルミネセンス材料であっても良い。この種類の材料は、適切な吸収及び発光スペクトルを有する幾つかの物質を含んでいる。前記波長変換材料は、例えば、蛍光体、ナノサイズの無機蛍光体、ランタニド合成物、発光有機分子、量子ロッド及び量子ドットからなるグループから選択されることができる。前記波長変換材料は、希土類元素をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット又は希土類元素をドープされたルテチウム・アルミニウム・ガーネットであっても良い。前記希土類元素は、セリウムであっても良い。

前記波長変換材料は、Ｃｅドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ、Ｙ_３ＡＬ_５Ｏ_１２）、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）、ＬｕＧａＡＧ_５又はＬＵＹＡＧの何れかを含むことができる。ＹＡＧ、ＬＵＡＧ、ＬｕＧａＡＧ及びＬｕＹＡＧは、適切な屈折率を有する。

前記波長変換材料は、（ＭＩ_{１―ｘ―ｙ}ＭＩＩ_ｘＭＩＩＩ_ｙ）_３（ＭＩＶ１―ｚＭＶｚ）_５Ｏ_１２からなるグループから選択されることができ、
- ＭＩ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、ＭＩＩはＧｄ、Ｌａ、Ｙｂ又はこれらの混合物を有すグループから選択され、ＭＩＩＩ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、ＭＩＶはＡｌであり、ＭＶはＧａ、Ｓｃ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、０≦ｚ≦１、（ＭＩ_{１―ｘ―ｙ}ＭＩＩ_ｘ，ＭＩＩＩ_ｙ）_２Ｏ_３である、
- ＭＩ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、ＭＩＩ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、ＭＩＩＩ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、（ＭＩ_{１―ｘ―ｙ}ＭＩＩ_ｘＭＩＩＩ_ｙ）Ｓ_１―ｚＳｅ_ｚである、
- ＭＩが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、ＭＩＩ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、ＭＩＩＩ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、（ＭＩ_{１―ｘ―ｙ}ＭＩＩ_ｘＭＩＩＩ_ｙ）Ｏである、
- ＭＩ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、ＭＩＩ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、ＭＩＩＩ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、（ＭＩ_２―ｘＭＩＩ_ｘＭＩＩＩ_２）Ｏ７である、
- ＭＩ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、ＭＩＩ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、ＭＩＩＩはＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ又はこれらの混合物から選択され、０≦ｘ≦１、（ＭＩ_１―ｘＭＩＩ_ｘＭＩＩＩ_１―ｙＭＩＶ_ｙ）Ｏ_３）である、
- ＭＩがＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ又はこれらの混合物を有している前記グループから選択され、ＭＩＩ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、ＭＩＩＩ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、ＭＩＶ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。

前記波長変換材料は、有機蛍光体を有することができる。前記波長変換材料としての使用に適している有機蛍光体材料の例はペリレン誘導体（ＢＡＳＦ社による商標名Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）の下で販売されている）に基づいたルミネセンス材料を含む。従って、適切な商業的に入手可能な製品の例は、これらに限定されるわけではないが、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）赤色Ｆ３０５、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）橙色Ｆ２４０、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）黄色Ｆ１７０及びこれらの組み合わせを含む。

前記ルミネセンス材料は、量子ドット、量子ロッド、量子テトラポッド及びナノクリスタルからなるグループから選択されることができる。量子ドット又はロッドは、一般に、わずか２、３ナノメートルの幅又は直径を有する半導体材料の小さい結晶である。入射光により励起される場合、量子ドットは、前記結晶の寸法及び材料によって決定される色の光を発する。従って、特定の色の光が、前記ドットのサイズを適応化することにより生成されることができる。可視領域の発光を有する最も知られている量子ドットは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）のようなシェル備えるカドミウム・セレン化物（ＣｄＳｅ）に基づいている。インジウム・リン化物（ＩｎＰ）、銅インジウム硫化物（ＣｕＩｎＳ_２）及び／又は銀インジウム硫化物（ＡｇＩｎＳ_２）のような、カドミウムフリーの量子ドットも、使用されることができる。量子ドットは非常に狭い発光帯域を示し、従って飽和色を示している。更に、前記発光色は、前記量子ドットのサイズを適応化す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、カドミウムフリーの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、環境安全及び関心の理由で好まれ得る。

前記細長い光ガイドは、前記波長変換材料のためのキャリア材料（例えば、シリコーン、アクリル、ガラス、共重合体又は透明なセラミックのようなポリマ）を有することができる。イットリウム・アルミニウム・ガーネット及び／又はルテチウム・アルミニウム・ガーネットのようなセラミックは、前記キャリア材料を形成できる。キャリア材料を使用することにより、適当な波長変換特性を有するが単独で堅い光ガイドを形成することができない波長材料を使用することも可能である。前記細長い光ガイドが、例えば、石英及びガラスの一方でできている外壁を有する場合、前記キャリア材料は液体であり得る。

前記ハウジングの前記反射性内面は、前記第１の波長領域における入射光の少なくとも９５％、代替的には少なくとも９７％又は少なくとも９９％を反射することができる。前記入射光の反射される部分が多いほど、当該光エンジンの効率は高くなり前記ハウジングはより加熱されない。このことは、熱が前記ＳＳＬ照明装置の効率に対して不都合な影響を有し得るので、望ましい。

動作中、前記ＳＳＬ照明装置を冷却するために、前記ハウジングは、ヒートシンクに熱的に接続されることができる。他の種類の冷却技術も可能である。例えば、前記ハウジング内部及び前記細長い光ガイドを冷却するように前記ハウジング内に液体の流れを生成するための手段が提供されることができる。前記ＳＳＬ照明装置は、前記細長い光ガイドを冷却するように前記細長い光ガイド内で液体の流れを生成するための手段を有していても良い。このような構造は、小型かつ高電力のＳＳＬ照明装置を構築するのを可能にする。

前記ＳＳＬ照明装置は異なる波長の光を発するＳＳＬ光源を有することができ、前記ＳＳＬ照明装置は２つ以上の波長変換材料を有する細長い導波管を有することができる。このようなＳＳＬ照明装置は、異なる色を持つ光を発する性能を有することができる。例えば、前記ＳＳＬ照明装置は第１の種類の及び第２の種類のＳＳＬ光源を有することもでき、前記細長い光ガイドは第１の種類の及び第２の種類の波長変換材料を有することもできる。前記第１の種類の前記ＳＳＬ光源がオンにされる場合、前記ＳＳＬ照明装置は前記第１の種類の波長変換材料により生成される光を発する。同様に、前記第２の種類の前記ＳＳＬ光源がオンにされる場合、前記ＳＳＬ照明装置は前記第２の種類の波長変換材料により生成される光を発する。両方の種類のＳＳＬ光源の両方の種類がオンにされる場合、両方の波長変換材料により生成される光が発される。

本発明は、添付の請求項において、詳述されるフィーチャの全てのあり得る組合せに関することに留意されたい。

本発明のこの見地及び他の見地は、ここで、本発明の実施例を示している添付図面を参照して更に詳細に記載される。

ＳＳＬ照明装置の構成要素の模式的な斜視図である。 円環形のハウジングと前記ハウジングの外側の２つの端部部分を持つ光ガイドとを備えるＳＳＬ照明装置の模式的な斜視図である。

本発明は、本発明の現在好ましい実施例が示されている添付図面を参照して以下に十分に記載される。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、本発明の範囲を当業者に対して十分に伝えるものである。

図１は、反射性内面３を備えるハウジング２を有するＳＳＬ照明装置１を示している。図１におけるハウジング２の形状は直管であるが、他の形状も可能である。ハウジング２は、アルミニウムでできていても良い。反射性内面３は、シリコーンマトリックス内の酸化チタン、多孔性アルミナ内のチタン酸化物、又はポリテトラフルオロエチレン材（例えばＧｉｇａｈｅｒｔｚ Ｏｐｔｉｋ社により製造されているＯＰＤＩＭＡ）から成ることができる。

ハウジング２は、ハウジング２内へ光を発するように配されているＳＳＬ光源４により発される光が前記反射性内面により反射される混合チャンバとして機能する。ＳＳＬ光源４は、１つあるいは複数のプリント回路基板５にはんだ付けされていても良く、これらは半球形にされている又はむきだしにされていても良い。ＳＳＬ光源４は、前記プリント回路基板上で約１ｍｍから約２ｃｍだけ離間されて配置されることができる。ＳＳＬ光源４の適切な数は、各ＳＳＬ光源４の電力及びＳＳＬ照明装置１を冷却する効率のような要因に依存する。

ハウジング２は、細長い光ガイド６（「ファイバ」）を部分的に封入している。細長い光ガイド６の長さは、典型的には約５ｃｍから約５ｍまでの範囲内にあるが、最高２０ｍであっても良い。細長い光ガイド６は、少なくとも１０、代替的には少なくとも１００又は少なくとも５００のアスペクト比（即ち直径により除算される長さ）を有することができる。細長い光ガイド６のハウジング２により封入される部分は、真っ直ぐか、折りたたまれているか、又は例えばコイルを形成する複数の巻線を有していても良い。反射性の前記ハウジングの内径は、例えば、約２から前記細長い光ガイドの外径の長さの約２〜５倍であり得る。ＳＳＬ光源４は、細長い光ガイド６の長さ又は長手方向に沿って配されている。

任意には、接点を防止するために、ハウジング２の内壁と細長い光ガイド６のハウジング２により封入される部分との間の接触を防止するために、ハウジング２内部で細長い光ガイド６を支持するセンタリング手段９が設けられ得る。センタリング手段９は、細長い光ガイド６が通過する孔を有していても良い。センタリング手段９は、例えば、リング、トロイド、円環体又は球体の形状を有することができ、センタリング手段９の孔は、鋭い縁を有していても良い。センタリング手段９は、高い透明性のもの又は高い反射性のものであっても良く、即ちセンタリング手段９は、光を吸収しない又は非常に少ない光しか吸収しないものであり得る。センタリング手段９は、石英又は金属を含むことができる。センタリング手段９は、金属上の酸化チタン及びシリコーンを含み得る。

光が細長い光ガイド６を出るのを防止するために、細長い光ガイド６は、低い屈折率を有するクラッド材で被覆されることができる。

およそ光ガイド６のハウジング２により封入される部分上に配されているのは、光を受け取るための部分１８である。光を受け取るための部分１８は、光ガイド６長さ又は長手方向に沿って配されるＳＳＬ光源４により発される光の比較的大部分が光ガイド６の光を受信するための部分１８に入射するように、光ガイド６の前記長さに沿ってハウジング２により囲まれる光ガイド６の部分により形成されることができる。光を発するための部分１９は、光ガイド６のハウジング２の外側に延在する部分上に配置される。

細長い光ガイド６は、連続的なループを形成しても良い。しかしながら、図１において、光ガイド６は２つの端部７ａ、７ｂを有し、少なくとも１つはハウジング２の外側に配され、光１９を発するための部分を形成する。前記ハウジング内部に配される端部は、反射鏡８で覆われる又は封止されることができる。反射鏡８は、金属でできていても良い。アクティブなハンダ付け（active soldering）が、反射鏡８を細長い光ガイド６に固定するために使用されることができる。両方の端部７ａ、７ｂがハウジング２の外側に配されることができることに留意されたい。

細長い光ガイド６は、第１の波長領域内のフォトンを第２の波長領域内のフォトンに変換する波長変換材料１０を有する。前記第２の波長領域は、前記第１の波長領域よりも長い波長を表すことができる。例えば、前記第１の波長領域は、約３００ｎｍから約５５０ｎｍまで、代替的には約４００ｎｍから約４９５ｎｍまでであることができ、前記第２の波長領域は、約４９５ｎｍから約８００ｎｍまで、代替的には約４９５ｎｍから約５７０ｎｍまで又は約６２０ｎｍから約７４０ｎｍまでであり得る。このことは、前記第１の波長領域が可視的な青色光を含むことができ、前記第２の波長領域が可視的な緑色光又は可視的な赤色光を含むことができることを意味する。好ましくは、波長変換材料１０の吸収スペクトル及び発光スペクトルは、ＳＳＬ照明装置１の効率を改善するために、ほとんど又は全く重なりを有さない。

細長い光ガイド６は、光学コーティングにより被覆されることができる薄肉チューブ１１を有していても良い。薄肉チューブ１１の屈折率は、約１．３から約２．５までの範囲内にあることができる。薄肉チューブ１１は、石英、低光吸収ガラス又は押し出しポリマでできていても良い。薄肉チューブ１１の端部７ａ、７ｂの形状は、平坦又は球形であり得る。

細長い光ガイド６は、波長変換材料１０のためのキャリア材料１２を有することができる。キャリア材料１２は、ハウジング２内部の周囲の媒体よりも高い屈折率を有する。キャリア材料１２の屈折率は、約１．３から約２．５の範囲内にあることができる。キャリア材料１２は、ポリマ（例えばシリコーン）又はアクリル材料（例えばＰＭＭＡ）であっても良い。キャリア材料１２は、ガラス又は透明なセラミックであっても良い。キャリア材料１２は、薄肉チューブ１１内に含まれる液体（例えばジメチルホルムアミド）であっても良い。キャリア材料１２及び波長変換材料１０の例は、ジメチルホルムアミド内に溶解している蛍光体である。他の例は、蛍光体をドープされたＰＭＭＡのファイバである。

ＳＳＬ照明装置１の動作中、ＳＳＬ光源４及び／又はハウジング２を冷却するために、プリント回路基板５は、ヒートシンク１３に熱的に接続されることができる。細長い光ガイド６の冷却は、薄肉チューブ１１の中の壁に、薄肉チューブ１１の内外へ液体を循環させるための１つ又は複数の入口１６及び１つ又は複数の出口１７を設けることにより達成されることができる。前記液体は、波長変換材料１０であっても良い。

動作中、ＳＳＬ光源４は、第１の波長領域内の光をハウジング２内に発する。発されるフォトンの一部は細長い光ガイド６に直接的に当たり、他は、細長い光ガイド６にたる前に、１回又は複数回、前記ハウジングの反射性内面３に反射する。一部のフォトンは、反射性内面３又はＳＳＬ光源４により吸収される。細長い光ガイド６に当たるフォトンの一部は、細長い光ガイド６の表面から反射され他のものは細長い光ガイド６内に入射する。

細長い光ガイド６に入射した前記第１の波長領域内のフォトンは、前記細長い光ガイド６を出てハウジング２を再入射し得る。しかしながら、細長い光ガイド６に入射した前記第１の波長領域の一部のフォトンは波長変換材料１０により吸収され、波長変換材料１０は、この後、変換されたフォトン、即ち前記第２の波長領域内のフォトンを発する。

変換されたフォトンは、ランダムな方向に発される。一部の変換されたフォトンは、細長い光ガイド６を出るであろう。しかしながら、キャリア材料１２の屈折率は、ハウジング２内の前記周囲の媒体の屈折率よりも高く、殆どの変換されたフォトンは、細長い光ガイド６の端部７ａ、７ｂの一方に向かって全内部反射によって、細長い光ガイド６内部を導波されるであろう。変換されたフォトンが導波されるか否かは、ａｓｉｎ（θ）＝ｎ_ｓ／ｎ_ｃによって規定されるいわゆる全内部反射角θに依存し、ここで、ｎ_ｓは前記周囲の媒体の屈折率であり、ｎ_ｃは前記キャリア材料の屈折率である。これらの屈折率間の差が大きいほど、導波される変換されたフォトンの割合は大きくなる。前記第１の波長領域内のフォトンは細長い光ガイド６内部で決して導波されず、ひとたび光ガイド６内に入ると、これらのフォトンは細長い光ガイド６を出るか又は波長変換材料１０により吸収されるかの何れかであることに留意されたい。また、前記センタリング手段と前記細長い光ガイドとの間の小さい接触面積は、（例えば、散乱又は吸収による）損失のリスクを低下させることができることにも留意されたい。

細長い光ガイド６を出る変換されたフォトンは、この後、再入射し得るが、この場合、導波されるわけではない。導波される変換されたフォトンは、２つの端部７ａ、７ｂの一方に到達するまで、細長い光ガイド６の２つの長手方向の一方において細長い光ガイド６内を進行する。この上に反射鏡８が取り付けられている端部７ａ、７ｂに到達する変換されたフォトンは、反射鏡８で反射し細長い光ガイド６内に戻り続ける。この上に反射鏡８が取り付けられていない端部７ａ、７ｂに到達する変換されたフォトンは、前記端部と前記周囲の媒体との間の境界に対して反射し、細長い光ガイド６に戻り続け得る。しかしながら、これらの変換されたフォトンの殆どは、前記端部を通って細長い光ガイド６を出て照明目的のために使用されることができる。開放端部７ａ、７ｂを介する光の抽出に影響を及ぼす２つの要因は、前記端部の幾何学的形状及び前記端部と前記周囲の媒体との間の屈折率の違いである。要するに、光は、光ガイド６の長手方向に沿って光ガイド６に入射し、光ガイド６の端部７ａ、７ｂの一方において出射する。前記照明装置の光強度及び電力出力は、単一のＳＳＬ光源４を使用することよりも高い。なぜならば、複数ＳＳＬ光源４は、光ガイド６の長手方向又は長さに沿って光を受け取るための部分１８において光ガイド６に少なくとも部分的に入射する光を発し、前記光は、光を受け取るための部分１８の面積よりも小さい面積を有する端部７ａ、７ｂのうちの少なくとも一方において、少なくとも部分的に出射し、少なくとも部分的に変換される。即ち、本発明の照明装置は、単一の高輝度及び高電力光源を提供する光コンセントレータとして機能する。

図１におけるＳＳＬ照明装置１は、単一の細長い光ガイド６を有する。しかしながら、ＳＳＬ照明装置１は、各々が対応する端部を有すると共に異なる色の光を生成することができる２つ以上の細長い光ガイドを有していても良い。例えば、ＳＳＬ照明装置１は第１及び第２の細長い光ガイドを有することができる。この配置において、前記第２の細長い光ガイドの前記波長変換材料は、前記第１の細長い光ガイドの外側に漏出する波長領域を吸収することができても良い。この光は、次いで、前記第２の細長い光ガイドの前記波長変換材料により吸収され、他の波長に変換されることができる。例えば、前記第１の細長い光ガイドは緑色光を生成するのに使用されるのに対し、前記第２の細長い光ガイドが赤色光を生成する。

前記ＳＳＬ照明装置が動作している間、熱は必然的に生成される。前記熱は、主に前記波長変換過程によるものであり、他の熱源は、ＳＳＬ光源４、量子収率損失、並びに波長変換材料１０及びハウジング２による光吸収である。様々な技術は、ＳＳＬ照明装置１の異なる構成要素を冷却するのに使用されることができる。例えば、冷却は、ヒートシンク１３をＳＳＬ光源４及び／又はハウジング２に熱的に接続することにより達成されることができる。ＳＳＬ４からの熱は、これにより前記環境に放散されることができる。細長い光ガイド６の液冷却は、液体により充填される薄肉チューブ１１を有する場合、可能である。前記液体は、薄肉チューブ１１内に配される入口１６及び出口１７を介して薄肉チューブ１１の内外へとポンプ輸送される。前記液体は、薄肉チューブ１１の外側で冷却される。散乱損失は、入口１６及び出口１７を薄肉チューブ１１の断面に対して小さくすることにより低減されることができる。

図２は、ＳＳＬ照明装置１を示しており、照明装置１のハウジング２は円環形を有している。ハウジング２は、例えば、立方体、長方形の角柱又は丸い容器のような、形状を有することができる。この実施例において、前記細長い光ガイドの両方の端部７ａ、７ｂはハウジング２の外側に配され、これらは光を発するための接合部分１９を形成するように接合される。ハウジング２は、ハウジング２の内側、ＳＳＬ光源４、及び光ガイド６のハウジング２内に配される部分を冷却するために、冷却液体のための１つ又は複数の入口１４及び１つ又は複数の出口１５を有する。入口１４及び出口１５は、ハウジング２の壁内に配されている。前記液体は、ガス、ガスの混合物、液体又は液体の混合物であっても良い。前記液体は、空気であっても良い。

図２のＳＳＬ照明装置２は、図１のＳＳＬ照明装置と基本的に同じ仕方で動作する。違いは、ハウジング２及びこの内側が対流により冷却されることにある。液体（典型的には空気）は、入口１４及び出口１５を経て、ハウジング２の内外へポンプ輸送され、前記ハウジングの外側で冷却される。熱伝導により冷却されるのと同様に対流により冷却されるＳＳＬ照明装置を提供することも可能であることに留意されたい。

当業者であれば、本発明が上述の好ましい実施例に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。例えば、前記ハウジングは長方形であっても良く、２つ以上の細長い光ガイドが設けられても良く、光を発するための前記部分は、これらが異なる方向へ光を発するように配されることができ、前記ＳＳＬ照明装置は、対流冷却及び液体冷却の両方のための手段を備えていても良い。

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 (15)

1. 反射性内面を有するハウジングと、
   第１の波長領域の光を第２の波長領域の光に変換する波長変換材料を含む、２つの端部間に延在する細長い光ガイドであって、光を受け取るための部分及び光を発するための部分を更に有する細長い光ガイドにおいて、前記光を受け取るための部分は前記ハウジングの内に配され、前記光を発するための部分は前記ハウジング外に配され、前記２つの端部の少なくとも一方は前記光を発するための部分を形成している、細長い光ガイドと、
   前記第１の波長領域の光を発するように構成されると共に、前記細長い光ガイドの長手方向に沿って前記細長い光ガイドから離間されて前記ハウジングの内部に配されている複数のＳＳＬ光源と、
   を有するＳＳＬ照明装置であって、
   前記ハウジング内へと前記複数のＳＳＬ光源から発される前記光の一部は、前記光を受け取るための部分を介して前記光ガイドに入射し、前記波長変換材料により吸収され変換され、
   変換された前記光の一部は、前記光ガイド内部で導波され、前記光を発するための部分を通って発される、
   ＳＳＬ照明装置。
2. 前記細長い光ガイドの、前記ハウジング内に配される部分は、巻回及び／又は折りたたみを備えている、請求項１に記載のＳＳＬ照明装置。
3. 前記変換された光は全内部反射により導波される、請求項１に記載のＳＳＬ照明装置。
4. 前記第１の波長領域と前記第２の波長領域との重複が実質的にない、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
5. 前記波長変換材料は、ルミネセンス材料である、請求項１乃至４の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
6. 前記細長い光ガイドは、前記波長変換材料のためのキャリア材料を有する、請求項１乃至５の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
7. 前記細長い光ガイドは管を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
8. 前記管は、液体キャリア材料により充填される、請求項７に記載のＳＳＬ照明装置。
9. 前記細長い光ガイドを冷却するように前記管内の液体の流れを生成するための手段を有する、請求項８に記載のＳＳＬ照明装置。
10. 前記ハウジングは円環体の形状を有し、前記光を受け取るための部分は前記円環体の中心軸を囲んでいる、請求項１乃至９の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
11. 前記ハウジングは、ヒートシンクに熱的に接続されている、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
12. 前記細長い光ガイド及び前記ハウジングの内側を冷却するように前記ハウジング内の液体の流れを生成するための手段を有する、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
13. 前記光を発するための部分の光強度及び電力出力は、前記複数のＳＳＬ光源のうちの単一のＳＳＬ光源の前記光強度及び前記電力出力よりも高い、請求項１乃至１２の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
14. 複数の前記細長い光ガイドを有する、請求項１乃至１３の何れか一項に記載のＳＳＬ照明装置。
15. 前記複数の前記細長い光ガイドのうちの前記細長い光ガイドの前記第２の波長領域間に実質的な重複がない、請求項１４に記載のＳＳＬ照明装置。

Images