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課題・解決手段

本発明では、複数の半導体光源(10)と、細長セラミック本体(100)とを有する照明装置(1)が提供される。細長いセラミック本体は、該細長いセラミック本体の全長(L)を定める第1の面(141)および第2の面(142)を有し、細長いセラミック本体は、1または2以上の放射線入力面(111)と放射線出口窓(112)とを有し、第2の面(142)は、前記放射線出口窓(112)を有し、複数の半導体光源(10)は、1または2以上の放射線入力面(111)に、青色光源光(11)を提供するように構成され、放射線入力面(111)の少なくとも一つに、少なくとも1.0×1017光子/(s. mm2)の光子束を提供するように構成され、細長いセラミック本体(100)は、青色光源光(11)の少なくとも一部を、少なくとも変換器光(101)に波長変換するように構成されたセラミック材料(120)を有し、セラミック材料(120)は、A3B5O12:Ce3+セラミック材料を有し、ここでAは、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、およびルテチウム(Lu)の1または2以上を含み、Bは、アルミニウム(Al)を含む。

概要

背景

発光ロッドは、良く知られている。例えば国際公開第2006/054203号には、220nm超、550nm未満の波長の光を放射する少なくとも一つのLEDと、光学的な接触をせずに、少なくとも一つのLEDに向かって配置された少なくとも一つの変換構造とを有する発光装置が記載されている。これは、少なくとも一つのLEDからの光の少なくとも一部を、300nm超、1000nm以下の範囲の波長の光に変換する。少なくとも一つの変換構造は、1.5超、3未満の屈折率nを有し、比A:Eは、2:1超かつ50000:1未満である。ここで、AおよびEは、以下のように定められる。少なくとも一つの変換構造は、少なくとも一つの入口表面を有し、ここで、少なくとも一つのLEDから放射される光は、変換構造に入る。少なくとも一つの変換構造は、少なくとも一つの出口表面を有し、ここで、光は、少なくとも一つの変換構造から出る。少なくとも一つの入口表面の各々は、入口表面積を有し、入口表面積は、A1…Anと番号付けられ、少なくとも一つの出口表面の各々は、出口表面積を有し、出口表面積は、E1…Enと番号付けられる。少なくとも一つの入口表面積の各々の合計Aは、A=A1+A2…+Anであり、少なくとも一つの出口表面積の各々の合計Eは、E=E1+E2…+Enである。

米国特許出願公開第2007/279914号には、第1の波長範囲の光を生成できる非コヒーレント光源と、細長い本体とを有する照明ステムが記載され、この本体は、第1の波長範囲の光で照射された際に、第2の波長範囲の光を放射する。本体は、全長寸法幅寸法、および高さ寸法を有する。本体の少なくとも一部は、テーパ化され、全長寸法に沿って、幅および/または高さが増加する。本体は、さらに、抽出表面を有する。第1の非抽出表面は、本体の全長の少なくとも一部に沿って延在し、抽出表面とともに共通の端部を有するように配置される。第2の波長の少なくとも一部の光は、非抽出表面で完全に内部反射する。非抽出表面に近接して、少なくとも一つの外部反射器が配置され、外部反射器と非抽出表面の間には、隙間が形成される。

米国特許出願公開第2011/210658号には、波長変換層および非放射層を有するセラミックコンポジット積層体が記載されており、セラミックコンポジット積層体は、少なくとも0.650の波長変換効率(WCE)を有する。またセラミックコンポジット積層体は、放射材料および散乱材料を含む波長変換セラミック層を有し、積層されたコンポジットは、約40%と約85%の間の全透過率を示す。波長変換層は、プラズマYAG:Ce粉末から形成され得る。

概要

本発明では、複数の半導体光源(10)と、細長いセラミック本体(100)とを有する照明装置(1)が提供される。細長いセラミック本体は、該細長いセラミック本体の全長(L)を定める第1の面(141)および第2の面(142)を有し、細長いセラミック本体は、1または2以上の放射線入力面(111)と放射線出口窓(112)とを有し、第2の面(142)は、前記放射線出口窓(112)を有し、複数の半導体光源(10)は、1または2以上の放射線入力面(111)に、青色光源光(11)を提供するように構成され、放射線入力面(111)の少なくとも一つに、少なくとも1.0×1017光子/(s. mm2)の光子束を提供するように構成され、細長いセラミック本体(100)は、青色光源光(11)の少なくとも一部を、少なくとも変換器光(101)に波長変換するように構成されたセラミック材料(120)を有し、セラミック材料(120)は、A3B5O12:Ce3+セラミック材料を有し、ここでAは、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、およびルテチウム(Lu)の1または2以上を含み、Bは、アルミニウム(Al)を含む。

目的

そのようなロッド光集光器として使用して、LED(発光ダイオード)のような光源からの光源光を、それらの波長にわたって集光し、この光源光を変換器光に変換し、相応量の変換器光を出口表面に提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

複数の半導体光源と、細長セラミック本体とを有する照明装置であって、前記細長いセラミック本体は、第1の面および第2の面と、前記細長いセラミック本体の全長とを有し、前記細長いセラミック本体は、1または2以上の放射線入力面と放射線出口窓とを有し、前記第2の面は、前記放射線出口窓を有し、前記複数の半導体光源は、前記1または2以上の放射線入力面に、青色光源光を提供するように構成され、前記放射線入力面の少なくとも一つに、少なくとも1.0×1017光子/(s.mm2)の光子束を提供するように構成され、前記細長いセラミック本体は、前記青色光源光の少なくとも一部を、変換器光に波長変換するように構成されたセラミック材料を有し、前記セラミック材料は、A3B5O12:Ce3+セラミック材料を有し、ここでAは、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、およびルテチウム(Lu)の1または2以上を含み、Bは、アルミニウム(Al)を含む、照明装置。

請求項2

前記細長いセラミック本体は、開始材料高温での真空焼結処理と、静水圧プレス処理とを含む方法により得られ、その後、少なくとも1000℃での酸化性雰囲気におけるアニール処理を含む方法により、前記細長いセラミック本体が提供される、請求項1に記載の照明装置。

請求項3

前記細長いセラミック本体は、開始材料の中性または還元性雰囲気における高温での真空焼結処理と、静水圧プレス処理とを含む方法により得られ、その後、前記アニール処理を有する前記方法により、前記細長いセラミック本体が提供される、請求項2に記載の照明装置。

請求項4

さらに、前記第1の面の下流に配置され、前記細長いセラミック本体に光を反射させるように構成された光反射器を有し、前記放射線出口窓は、前記1または2以上の放射線入力面に対して垂直に構成され、当該照明装置は、さらに、前記放射線出口窓の下流に配置され、前記変換器光内の非緑色および非赤色の光の1または2以上の相対的な寄与を抑制するように構成された光学フィルタを有する、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の照明装置。

請求項5

前記全長は、少なくとも20mmであり、前記セリウム濃度は、Aの0.1から3.0%の範囲であり、前記光子束は、少なくとも4.5×1017光子/(s.mm2)である、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の照明装置。

請求項6

前記放射線出口窓から下流に、前記変換器光のルーメン出力を有し、単位mm2当たり一定の光子束において、前記ルーメン出力は、前記全長が少なくとも20から100mmの範囲内で、前記セラミック本体の前記全長でスケール化され得る、請求項5に記載の照明装置。

請求項7

前記セラミック本体の熱発光スペクトルは、50から100℃の範囲で最大値を示し、該最大値は、単結晶で提供された同じ材料の同じ範囲における最大値の、2乃至10倍の範囲である、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の照明装置。

請求項8

第1のオプションにおいて、前記セラミック材料におけるAは、少なくとも90%のLuを有し、または第2のオプションにおいて、前記セラミック材料におけるAは、50から95%の範囲のYと、5から50%のGdとを有し、両方のオプションにおいて、前記セラミック材料におけるBは、少なくとも95%のAlおよびGaを有する、請求項1乃至7のいずれか一つに記載の照明装置。

請求項9

前記細長いセラミック本体は、形状濃縮因子を有し、該形状濃縮因子は、前記放射線入力面の面積と前記放射線出口窓の面積の比として定められ、少なくとも2であり、当該照明装置は、さらに、前記放射線出口窓の下流に配置され、前記変換器光を平行化するように構成されたコリメータを有する、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の照明装置。

請求項10

請求項1乃至9のいずれか一つに記載の照明装置を有するプロジェクタ

請求項11

請求項1乃至9のいずれか一つに記載の、少なくとも2つの照明装置を有し、第1の照明装置は、緑色光を提供するように構成され、第2の照明装置は、赤色光を提供するように構成される、請求項10に記載のプロジェクタ。

請求項12

細長いセラミック本体を製造する方法であって、前記細長いセラミック本体は、1または2以上の放射線入力面と、放射線出口窓とを有し、前記細長いセラミック本体は、青色光原光の少なくとも一部を、少なくとも変換器光に波長変換するように構成されたセラミック材料を有し、前記セラミック材料は、A3B5O12:Ce3+セラミック材料を有し、ここでAは、イットリウム、ガドリニウムおよびルテチウムの1または2以上を含み、Bは、アルミニウムを含み、当該方法は、高温で開始材料を処理して、前記細長いセラミック本体を提供するステップと、アニール処理において、前記細長いセラミック本体を、酸化性雰囲気下、少なくとも1000℃でアニールするステップとを有する、方法。

請求項13

当該方法は、高温で開始材料を処理するステップを有し、該ステップは、真空焼結処理および静水圧プレス処理を含む方法を有し、前記酸化性雰囲気は、O2を含む、請求項12に記載の方法。

請求項14

当該方法は、中性または還元性雰囲気において、開始材料を高温で処理するステップを有する、請求項12または13に記載の方法。

請求項15

前記開始材料は、第1のオプションにおいて、前記セラミック材料内に少なくとも90%のLuを有するAを提供するように選定され、または第2のオプションにおいて、前記セラミック材料内に50から95%の範囲のYと、5から50%の範囲のGdとを有するAを提供するように選定され、両方のオプションにおいて、前記セラミック材料内のBは、少なくとも95%のAlおよびGaを有する、請求項12乃至14のいずれか一つに記載の方法。

技術分野

0001

本願は、プロジェクタに使用されるような照明装置に関する。本発明は、さらに、そのような照明装置に使用されるセラミックガーネット、さらにはそのようなセラミックガーネットの製造方法に関する。

背景技術

0002

発光ロッドは、良く知られている。例えば国際公開第2006/054203号には、220nm超、550nm未満の波長の光を放射する少なくとも一つのLEDと、光学的な接触をせずに、少なくとも一つのLEDに向かって配置された少なくとも一つの変換構造とを有する発光装置が記載されている。これは、少なくとも一つのLEDからの光の少なくとも一部を、300nm超、1000nm以下の範囲の波長の光に変換する。少なくとも一つの変換構造は、1.5超、3未満の屈折率nを有し、比A:Eは、2:1超かつ50000:1未満である。ここで、AおよびEは、以下のように定められる。少なくとも一つの変換構造は、少なくとも一つの入口表面を有し、ここで、少なくとも一つのLEDから放射される光は、変換構造に入る。少なくとも一つの変換構造は、少なくとも一つの出口表面を有し、ここで、光は、少なくとも一つの変換構造から出る。少なくとも一つの入口表面の各々は、入口表面積を有し、入口表面積は、A1…Anと番号付けられ、少なくとも一つの出口表面の各々は、出口表面積を有し、出口表面積は、E1…Enと番号付けられる。少なくとも一つの入口表面積の各々の合計Aは、A=A1+A2…+Anであり、少なくとも一つの出口表面積の各々の合計Eは、E=E1+E2…+Enである。

0003

米国特許出願公開第2007/279914号には、第1の波長範囲の光を生成できる非コヒーレント光源と、細長い本体とを有する照明ステムが記載され、この本体は、第1の波長範囲の光で照射された際に、第2の波長範囲の光を放射する。本体は、全長寸法幅寸法、および高さ寸法を有する。本体の少なくとも一部は、テーパ化され、全長寸法に沿って、幅および/または高さが増加する。本体は、さらに、抽出表面を有する。第1の非抽出表面は、本体の全長の少なくとも一部に沿って延在し、抽出表面とともに共通の端部を有するように配置される。第2の波長の少なくとも一部の光は、非抽出表面で完全に内部反射する。非抽出表面に近接して、少なくとも一つの外部反射器が配置され、外部反射器と非抽出表面の間には、隙間が形成される。

0004

米国特許出願公開第2011/210658号には、波長変換層および非放射層を有するセラミックコンポジット積層体が記載されており、セラミックコンポジット積層体は、少なくとも0.650の波長変換効率(WCE)を有する。またセラミックコンポジット積層体は、放射材料および散乱材料を含む波長変換セラミック層を有し、積層されたコンポジットは、約40%と約85%の間の全透過率を示す。波長変換層は、プラズマYAG:Ce粉末から形成され得る。

発明が解決しようとする課題

0005

Ce3+(3価のセリウム)がドープされた発光セラミックガーネットを用いて、青色光をより長い波長を有する光、例えば緑から赤の波長領域、例えば約500から750nmの範囲の光、さらには時折青色領域における光に変換することができる。十分な吸収および所望の方向の光出力を得るため、透明ロッドを使用することが有意である。そのようなロッドを光集光器として使用して、LED(発光ダイオード)のような光源からの光源光を、それらの波長にわたって集光し、この光源光を変換器光に変換し、相応量の変換器光を出口表面に提供することができる。光集光器に基づく照明装置は、例えば、プロジェクタ向け用途に関心が持たれている。

0006

ガーネットは、立方晶対称性を有するため、単結晶およびセラミックロッド(すなわち焼結多結晶材料)の双方が使用できることは知られている。しかしながら、驚くべきことに、セラミックガーネット組成物は、飽和し易く、すなわちロッドの内部での光生成の効率は、(ポンプ光の)光強度の上昇とともに低下することが認められている。また、驚くべきことに、(ほぼ)同じ条件において、単結晶はそのような効果を示さず、またはその程度はセラミックスよりも著しく低いことが認められている。従って、セラミックスを使用した場合、高抽出束を使用する照明装置は、単結晶を使用した場合よりも、実質的に低い効率となる。また、そのような照明装置は、(従って)パワーおよび/またはセラミック本体の全長の、相応の非線形依存性を示し、これは望ましくない。しかしながら、セラミックス(すなわち焼結セラミック本体)は、より容易に製造されるため、セラミックスの使用が望まれている。

0007

従って、本発明の一態様では、前述の問題の1または2以上の少なくとも一部を軽減することが好ましい、代替照明装置が提供される。また、本発明の一態様では、前述の問題の1または2以上の少なくとも一部を軽減することが好ましい、代替プロジェクタまたはプロジェクタ装置が提供される。さらに、本発明の一態様では、前述の問題の1または2以上の少なくとも一部を軽減することが好ましい、そのような照明装置(およびプロジェクタ)の光集光器を提供する方法が提供される。

課題を解決するための手段

0008

第1の態様では、本発明により、複数の(少なくとも10、または少なくとも50のような)半導体光源と、細長いセラミック本体(ここでは、「光集光器」とも称される)とを有する照明装置(「装置」)が提供される。細長いセラミック本体は、第1の面および第2の面を有し、これらの第1の面および第2の面は、特に、細長いセラミック本体(ここでは、「セラミック本体」とも称される)の全長(L)を定める。細長いセラミック本体は、1または2以上の放射線入力面と、放射線出口窓とを有し、第2の面は、前記放射線出口窓を有し、複数の半導体光源は、1または2以上の放射線入力面に、(青色)光源光を提供するように構成され、(半導体光源は)特に、放射線入力面の少なくとも一つに、特に、少なくとも1.0×1017光子/(s.mm2)の範囲、例えば少なくとも4.5×1017光子/(s.mm2)の光子束(平均)を提供するように構成される。青色(励起)光を仮定した場合、これは、例えば、
少なくとも一つの放射線入力面に、平均でそれぞれ、少なくとも0.067W/mm2および0.2W/mm2の青色パワー(Wopt)が提供されることに対応する。ここで、「平均」と言う用語は、特に、(少なくとも一つの放射線入力面の)領域にわたる平均を意味する。2以上の放射線入力面に照射される場合、特に、これらの放射線入力面の各々は、そのような光子流束を受光する。また、特に、示された光子流束(または青色光源光が適用される場合、青色パワー)は、時間にわたる平均である。特に、細長いセラミック本体は、(青色)光源光の少なくとも一部を、変換器光、例えば緑色または赤色の範囲の光に波長変換するように構成されたセラミック材料を有し、この変換器光は、少なくとも一部が放射線出口窓から射出される。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)を有し、ここでAは、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、およびルテチウム(Lu)の1または2以上を含み、Bは、アルミニウム(Al)および/またはガリウム(Ga)を含む。以下に示すように、Aは、他の希土類元素を表しても良く、Bは、Alのみを含んでも、さらにガリウムを含んでも良い。一般式A3B5O12:Ce3+は、特に、化学式を示し、すなわち、異なる種類の元素A、B、Oの化学量論(3:5:12)を表す。ただし、良く知られているように、そのような一般式で表される化合物は、必要な場合、化学量論からの少量のずれを含んでも良い。

0009

また、さらに別の態様では、本発明により、そのような細長いセラミック本体が提供される。すなわち、細長いセラミック本体は、第1の面と第2の面とを有し、これらの面は、特に、細長いセラミック本体の全長(L)を定め、細長いセラミック本体は、1または2以上の放射線入力面と、放射線出口窓とを有する。第2の面は、前記放射線出口窓を有し、細長いセラミック本体は、(青色)光源光の少なくとも一部を、例えば緑色および赤色の変換器光の(少なくとも)1または2以上のような、変換器光に波長変換するように構成されたセラミック材料を有する(この少なくとも一部は、細長いセラミック本体が青色光源光で照射された際に、放射線出口窓から出射される)。セラミック材料は、A3B5O12:Ce3+セラミック材料を有し、ここでAは、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、およびルテチウム(Lu)の1または2以上を含み、Bは、アルミニウム(Al)を含む。

0010

そのような照明装置およびそのようなセラミック本体が、実質的な飽和ロスを生じさせずに、少なくとも2.0×1017光子/(s.mm2)、少なくとも2.5×1017光子/(s.mm2)、特に、4.5×1017光子/(s.mm2)のような高パワー照射下で使用できることは明らかである。特に関心が高いのは、これらのセラミックガーネットが、ロッドのようなセラミック本体として提供された後、(ある程度の)酸素の存在下で、アニール熱処理)ステップに供されることである。この反直感的なアニール処理(3価セリウムは、酸化されて4価セリウムになる傾向にあり、これは発光劣化させる)は、セラミック本体内酸素空孔の除去および/または再分配に関して、有意な効果を有する。従って、特に、集光器は、酸素含有雰囲気において、アニールステップに供される。

0011

セラミック材料は、ガーネット材料を有する。従って、細長い本体は、特に、発光セラミックを有する。本願において、ガーネット材料、特にセラミックガーネット材料は、「発光材料」とも称される。発光材料は、A3B5O12:Ce3+(ガーネット材料)を有し、ここでAは、特に、Sc、Y、Tb、Gd、およびLuからなる群から選定され、Bは、特に、AlおよびGaからなる群から選定される。特に、Aは、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、およびルテチウム(Lu)の1または2以上を含み、Bは、アルミニウム(Al)を含む。そのようなガーネットは、セリウム(Ce)でドープされ、必要な場合、プラセオジミウム(Pr)のような別の発光種でドープされても良い。特定の実施例では、Bは、約40%以上のAlを含み、60%以下のGaを含む。特に、Bは、アルミニウム(Al)を有するが、Bは、一部ガリウム(Ga)および/またはスカンジウム(Sc)および/またはインジウム(In)を有し、Alの最大約20%、好ましくはAlの最大約10%が置換されても良い(すなわち、Aイオンは、実質的に90mol%以上のAlと、10mol%以下のGa、ScおよびInの1もしくは2以上とで構成される)。Bは、特に、最大約10%のGaを有しても良い。別の変更例では、BおよびOは、少なくとも一部がSiおよびNで置換されても良い。前述のように、元素Aは、特に、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、およびルテチウム(Lu)からなる群から選択されても良い。

0012

特定の実施例では、第1のオプションにおいて、セラミック材料におけるAは、少なくとも90%のLuを有し、または第2のオプションにおいて、セラミック材料におけるAは、50から95%の範囲のYと、5から50%のGdとを有し、両方のオプションにおいて、セラミック材料におけるBは、少なくとも95%のAlおよびGaを有する。Alは、例えば、少なくとも40%であり、特に、少なくとも80%であり、少なくとも90%である。第1のオプションでは、特に、緑色光(緑の変換器光)の生成に使用され得るセラミック本体が提供され、第2のオプションでは、特に赤色光(赤の変換器光)の生成に使用されるセラミック本体が提供されても良い。両方の実施例において、相対的に広いバンドの放射が提供され、これは通常、単色よりも広い範囲を網羅する。例えば、第1のセラミック材料の放射は、スペクトルの黄色および赤色の部分の強度を有し、第2のセラミック材料の放射は、スペクトルの緑色、黄色、および赤色の部分の強度を有する。好ましくない光は、光学フィルタ(以下参照)によりフィルタ除去される(および/または好ましくない光が短波長の場合、例えば干渉フィルタを使用して、セラミックロッドに反射で戻される)。さらに別の実施例では、A3B5O12:Ce3+は、Y3Al5O12:Ce3+を有する。

0013

本細長いセラミック本体の別の興味深い特徴は、全長による光出力(流束スケール効果により、ある全長にわたって、本体がサイズダウンまたはサイズアップできることである。従来のセラミック本体では、特に本願に記載のアニール処理なしでは、これは実現が難しい。従って、別の実施例では、照明装置は、放射線出口窓から下流に、変換器光のルーメン出力を有する。一定の光子流束(単位mm2当たり)において、(放射線入力面では)ルーメン出力は、少なくとも全長(L)が20から100mmの範囲では、セラミック本体の全長(L)でのスケール化が可能である。これは、少なくとも1×1017光子/(s.mm2)、例えば少なくとも2.0×1017光子/(s.mm2)、特に4.5×1017光子/(s.mm2)のような、示された(高い)光子流束では、特に好適である。

0014

本願において、アニール処理後のセラミック本体のスペクトル特性は、未アニールのセラミック本体とは異なっても良い。例えば、セラミック材料の熱発光スペクトルは、50から100℃の範囲で最大値を示すと思われる。この最大強度は、単結晶の同じ材料の同じ範囲での最大強度と等しく、またはより大きな範囲にある。例えば、単結晶として提供される同じ材料の同じ範囲の最大強度よりも、約1.5倍大きく、2から10倍大きい。従って、熱発光は、単結晶のものと比較的同等である。ただし、未アニール処理のセラミック本体の熱発光スペクトルは、単結晶(およびアニール処理セラミック本体)よりも1または2桁大きな最大強度を有し、対応する単結晶(すなわち、セラミックと同じ組成を有する結晶)よりも少なくとも15倍大きい。従って、酸素空孔の濃度は、実質的に抑制される。また、最小の励起バンドに対する最小の励起バンドの強度比は、酸化性のアニール処理により増加すると考えられる。例えば、アニール処理の前の比が1.2のオーダであり、アニール処理後の比は、1.4のオーダとなっても良い。従って、ある実施例では、この比は、1.25から1.6の範囲にある。また、ある実施例では、酸化性アニール後のセラミック本体の場合、同じセラミック本体で酸化アニールを(未だ)実施していないものに対する比は、少なくとも15%大きく、特に少なくとも20%大きい。

0015

以下に示すように、特に、セラミック材料は、焼結処理および/またはホットプレス処理、ならびにその後の(僅かの)酸化性雰囲気におけるアニール処理により得られる。従って、特定の実施例では、細長いセラミック本体は、開始材料(これは高温予備焼結されていても良い)の高温での真空焼結処理と、静水圧プレス処理(以下参照)とを有する方法により得られ、その後、少なくとも1000℃の温度における酸化性雰囲気でのアニール処理を有する方法により、細長いセラミック本体が提供される。特に、細長いセラミック本体は、中性または還元性雰囲気での開始材料の真空焼結処理と、静水圧プレス処理とを有する方法により得られ、その後、(少なくとも1000℃の温度における酸化性雰囲気での)前記アニール処理を有する方法により、細長いセラミック本体が提供される。従って、特に、本願に記載の細長いセラミック本体の製造方法は、開始材料を高温で処理する含む方法を有し、これは、特に、中性または還元性雰囲気において実施される。開始材料は、開始粉末の混合物を含んでも良い(これは特に、高温で予備焼結される)。しかしながら、開始材料は、粉末成形体または未処理本体(例えばドライプレスにより得られる形状化開始粉末、)を含んでも良い。酸化性雰囲気は、(ある量の)O2とともに、N2、CO2、Ar、He、Krの1または2以上を含んでも良い。

0016

この方法により処理されたセラミック本体は、未処理のセラミック本体よりも実質的に良好である((高光源パワーにおける)光集光がより効率的である)。光学特性および/または効率は、単結晶のものに近くなる(上記参照)。ただし、上記セラミック本体は、より迅速かつより容易に製造され、このため、単結晶に比べてコストが顕著に低下する。

0017

「セラミック」と言う用語は、特に、減圧下、大気圧下またはより高い圧力下で、少なくとも500℃、特に少なくとも800℃、例えば少なくとも1000℃の温度で、(多結晶)粉末を加熱することにより得られる無機材料に関し、圧力は、例えば、10-8から500MPaの範囲であり、例えば特に少なくとも0.5MPa、さらに少なくとも1MPa、例えば1から約500MPaのような少なくとも5MPaもしくは少なくとも10MPaであり、特に、一軸もしくは静水圧下、特に静水圧下である。セラミックを得る特定の方法は、熱間静水圧プレスHIP)法であり、HIPプロセスは、ポスト焼結HIP、カプセルHIP、または前述の温度および圧力条件下で組み合わされた焼結HIPプロセスであっても良い。そのような方法で得られるセラミックは、そのまま使用され、またはさらに処理(例えば研磨)されても良い。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%(またはより高い(以下参照))、例えば少なくとも95%、例えば97〜100%の範囲のような密度を有する。セラミックは、多結晶であっても良いが、粒子の間の体積が減少または大きく減少していても良い(圧縮粒子もしくは圧縮された凝集粒子)。高温下での加熱、例えばHIPは、例えば、N2およびアルゴン(Ar)の1または2以上を含むような不活性ガスにおいて、実施されても良い。特に、高圧下での加熱は、1400〜1900℃、例えば1500〜1800℃の範囲から選定された温度における焼結処理により実施される。そのような焼結処理は、減圧下、例えば10-2Pa以下の圧力で実施されても良い。そのような焼結処理により、理論密度の少なくとも95%、特に少なくとも99%の密度が得られる。特に、HIPのような加圧下での予備焼結処理および加熱の後、セラミック本体の密度は、単結晶の密度に近くなる。しかしながら、セラミック本体が多結晶の場合、セラミック本体における粒界が利用できる点で異なる。そのような粒界は、例えば、光学顕微鏡またはSEMにより検出される。ここで、セラミック本体は、特に、(同材料の)単結晶と実質的に等しい密度を有する焼結多結晶体を意味する。そのようなセラミック本体は、従って、可視光に対して十分に透明である(特にCe3+のような光吸収化学種による吸収を除く)。

0018

ここで、別の態様では、本発明により、細長いセラミック本体を製造する方法が提供される。細長いセラミック本体は、特に、全長(L)を有し、またさらに幅(W)および高さ(H)を有し、ここでL>W、L>Hである。細長いセラミック本体は、1または2以上の放射線入力面と、放射線出口面とを有し、細長いセラミック本体は、(青色)光源光の少なくとも一部を、緑および赤の変換器光の少なくとも1または2以上に波長変換するように構成されたセラミック材料を有し、セラミック材料は、A3B5O12:Ce3+セラミック材料を有し、ここでAは、特にイットリウム、ガドリニウム、ルテチウムの1または2以上を有し、Bは、特にアルミニウムを有する。当該方法は、高温で開始材料を処理して、細長いセラミック本体を提供するステップと、アニール処理において、少なくとも1000℃、例えば少なくとも1200℃で、細長いセラミック本体を酸化性雰囲気でアニールするステップとを有する。開始材料は、例えば、酸化物またはシュウ酸塩、またはイットリウムを含むランタノイドおよびアルミニウムのような他の前駆体材料を有しても良い。粉末圧縮体のような開始材料は、通常、還元性もしくは不活性雰囲気において、すなわち実質的に酸素(O2)もしくは他の酸化剤種を含まない雰囲気において、および特に、1.10-4バール未満のような真空下において、通常少なくとも1500℃の温度に加熱される。従って、ある実施例では、高温で開始材料を処理するステップを有する本方法は、中性または還元性雰囲気で実施される。従って、本方法は、予備焼結処理を有し、その後、高温に加熱されても良い。本願において、セラミック本体は、特に、前記セラミック本体を製造する方法によって得られる。

0019

異なる放射特性を有する発光セラミックスを提供するため、開始材料および/または開始材料の組成は、異なっても良い。従って、別の実施例では、開始材料は、第1のオプションにおいて、少なくとも90%のLuを有するセラミック材料におけるAを提供し、または第2のオプションにおいて、55〜95%の範囲のYと、5〜50%の範囲のGdとを含むセラミック材料におけるAを提供するように選定され、ここで両オプションにおいて、セラミック材料におけるBは、少なくとも95%のAl+Gaを有する。他の発光セラミックスの場合、開始材料の別の組成を選定しても良い。

0020

前述のプロセスは、特に、焼結ガーネット本体を提供し、これは特に、HIP(前述)のような高温での高圧処理に供される。ここで、特に高温で開始材料を処理するステップを有する当該方法は、真空焼結処理と、静水圧プレス処理とを有する方法を有し、特に高温で予備焼結した後、高温で前記高圧力処理が実施される。

0021

セラミック本体を得た後、本体は、研磨されても良い。研磨処理の前または後、特に研磨処理の前に、アニール処理(酸化性雰囲気)が実施されても良い。別の特定の実施形態では、前記アニール処理は、少なくとも2時間続けられ、例えば少なくとも1200℃で2時間実施される。また、特に酸化性雰囲気は、例えばO2を含む。ある実施例では、特に、セリウム濃度が約0.5%を超える場合、O2は5〜100ppmまたはこれ以下の濃度で十分であることが認められる。低いO 2圧力、例えば少なくとも0.01ppm(10-8バールO 2)ほど、良好な結果が得られる。この酸素(分)圧は、当業者には明らかないくつかの方法で得られる。従って、酸化性雰囲気は空気を有するが、他の実施例では、ある量の酸素、例えば0.01ppm〜100%の酸素、例えば1〜100000ppmの範囲、例えば10〜1000ppmのO2のような酸素とともに、N2、He、Ne、Ar、等の1または2以上を有するガスのような、不活性ガスを有しても良い。

0022

セラミック本体は、光誘導または波長誘導特性を有する。従って、セラミック本体は、波長ガイドまたは光ガイドとも称される。セラミック本体は、光集光器として使用されるため、セラミック本体は、光集光器とも称される。セラミック本体は、通常、セラミック本体の全長に対して垂直な方向における可視光に対して(ある)透過率を有する。3価のセリウムのような賦活剤がなければ、可視光の透過率は、100%に近づく。

0023

本願において、「可視光」という用語は、特に、380〜780nmの範囲から選定された波長を有する光に関する。透過率は、垂直放射状態において、セラミック本体に、第1の強度を有する特定波長の光を提供することにより定められ、材料を透過した後の測定された波長における光の強度を、材料に特定の波長で提供された光の第1の強度に関連付ける(化学物理69編、1088-1989、CRCハンドブックのE-208およびE-406参照)。

0024

セラミック本体は、梁状またはロッド状のような、いかなる形状を有しても良い。しかしながら、セラミック本体は、ディスク状等であっても良い。本発明は、特定の形状の実施例に限定されるものではなく、本発明は、単一の出口窓または出口合面を有する実施例に限定されるものでもない。以下、ある実施例について、より詳しく説明する。セラミック本体が円形断面を有する場合、幅および高さは等しくても良い(直径として定められる)。

0025

特定の実施例では、セラミック本体は、特に、1よりも大きなアスペクト比を有し、すなわち全長は幅よりも長い。通常、セラミック本体は、ロッドまたはバー(梁)であり、セラミック本体は、必ずしも正方形矩形、または丸い断面に限定されない。通常、光源は、より長い面(側端)の一つに照射するように構成され、これは放射線入力面と称される。放射線は、前の面(前端)から射出され、これは放射線出口窓とも称される。特に、ある実施例では、半導体光源または他の光源は、セラミック本体と物理的に接触する必要はない。物理的な接触は、好ましくない出口結合をもたらし、集光器効率の低下につながり得る。また、通常、セラミック本体は、2つの実質的に平行な面、放射線入力面、および対向する対向面を有する。これらの2つの面は、セラミック本体の幅を定める。通常、これらの面の長さは、セラミック本体の全長を定める。ただし、前述のように、または以下に示すように、セラミック本体は、いかなる形状を有しても良く、これには形状の組み合わせが含まれる。特に、放射線入力面は、放射線入力面面積(A)を有し、放射線出口窓は、放射線出口窓面積(E)を有し、放射線入力面面積(A)は、放射線出口窓面積(E)の少なくとも1.5倍であり、少なくとも2倍であり、特に少なくとも5倍であり、例えば2〜50000倍の範囲であり、特に5〜5000倍の範囲である。従って、特に、細長いセラミック本体は、放射線入力面の面積と、放射線出口窓の面積の比として定められる形状集光因子を有し、これは、少なくとも1.5であり、例えば少なくとも2、少なくとも5、またはより大きい(上記参照)。これにより、例えば複数の半導体光源の使用が可能になる(以下参照)。自動車またはデジタルプロジェクタのような典型的な用途では、小型で高強度の放射表面が要求される。これは、単一のLEDでは得ることは難しいが、本発明の照明装置では得ることができる。特に放射線出口窓は、1〜100mm2の範囲から選定される放射線出口窓面積(E)を有する。そのような寸法では、放射表面が小さいものの、高強度が達成できる。前述のように、セラミック本体は、通常、アスペクト比(全長/幅)を有する。これにより、小さな放射出口表面で、例えば複数の半導体光源で照射される、大きな放射線入力面が可能となる。特定の実施例では、セラミック本体は、5〜100mmの範囲から選定される幅(W)を有する。セラミック本体は、従って、特に、ここで示された面を有する一体本体を有する。

0026

略ロッド状またはバー状のセラミック本体は、いかなる断面形状を有しても良い。ある実施例では、断面は、正方形、矩形、円形、楕円形三角形五角形または六角形である。通常、セラミック本体は、直方体であるが、直方体とは異なる形状で提供され、台形状の光入力表面を有しても良い。これにより、光流束が増強され、これはある用途では有意である。従って、ある例(前述)では、セラミック本体が、丸い断面を有する場合、「幅」と言う用語は、直径を意味しても良い。従って、ある実施例では、細長いセラミック本体は、さらに、幅(W)および高さ(H)を有し、L>W、L>Hである。特に、第1の面および第2の面は、全長を定め、すなわちこれらの面の間の距離は、細長いセラミック本体の全長となる。これらの面は、特に、平行に配列されても良い。

0027

ある実施例では、細長いセラミック本体は、第1の面および第2の面を有し、相互の距離は、細長いセラミック本体の全長と実質的に等しく、1または2以上の面(または端部)は、第1の面と第2の面との間の距離をつなげる(また、(第1の面および第2の面とともに)本体の周囲を定める)。これらの1または2以上の面(または端部)は、特に、細長いセラミック本体の全長を有しても良い。従って、直方体の場合、細長い本体は、本体の全長を定める端面としての第1の面および第2の面を含む、そのような面を4つを有する。

0028

また、セラミック本体は、円柱状ロッドを有しても良い。ある実施例では、円柱状ロッドは、ロッドの長手方向に沿った、一つの平坦化表面を有し、ここに、光源により放射された光をセラミック本体に有効に結合するため、光源が配置される。また平坦化表面は、ヒートシンクを設置するために使用されても良い。また、円柱状セラミック本体は、2つの平坦化表面を有し、これらは例えば、相互に対向して、または相互に垂直に配置される。ある実施例では、平坦化表面は、円柱状ロッドの長手方向の一部に沿って延伸する。

0029

以下に示すように、本発明による実施例において、セラミック本体は、全長方向に折られ、曲げられ、および/または形状化されても良い。セラミック本体は、真っ直ぐな、直線状バーまたはロッドである必要はなく、例えば、90°もしくは180°曲げの形態で丸められたコーナ、U形状、円もしくは楕円形、ループ、または複数のループを有する3次元らせん形状の形態を有しても良い。これにより、小型のセラミック本体が提供され、通常光誘導されるその全長は、比較的長く、比較的大きなルーメン出力が得られると同時に、比較的小さなスペースに配置されるようになる。例えば、セラミック本体の発光部分は、合成があるが、セラミック本体の透明部分は、可撓性であり、セラミック本体の全長方向に沿った形状を提供しても良い。光源は、折られ、曲げられ、および/または形状化されたセラミック本体の全長に沿った、いかなる場所に配置されても良い。

0030

光結合領域または光出口窓として使用されないセラミック本体の一部には、反射器が提供されても良い。従って、ある実施例では、照明装置は、さらに、発光材料光をセラミック本体に逆向きに反射させるように構成された反射器を有する。従って、照明装置は、さらに、1または2以上の反射器を有しても良い。特に、放射線出口窓以外の1または2以上の他の面から出射する放射線を、セラミック本体に向かって反射させるように構成されても良い。特に、放射線出口窓の反対の面が、そのような反射器を有しても良い。ただし、ある実施例では、物理的な接触は、なされない。従って、反射器は、特に、セラミック本体と物理的に接触しない。従って、ある実施例では、照明装置は、さらに、光反射器を有し、これは、(少なくとも)第1の面の下流に設置され、光を細長いセラミック本体に反射するように構成される。これとは別にまたはこれに加えて、光反射器は、光源光または発光光の結合に使用されない、他の面および/または面の一部に配置されても良い。特に、そのような光反射器は、セラミック本体と物理的に接触されなくても良い。また、そのような光反射器は、発光および光源光の1または2以上を、セラミック本体に反射するように構成される。従って、実質的に全ての光源が、発光材料(すなわち特にCe3+のような賦活剤元素)による変換のために保持され、発光の相応の部分が、放射線出口窓から結合されるために保持される。「反射器」と言う用語は、複数の反射器を意味する。反射器は、例えば、第1の面および/または1もしくは2以上の他の面から、0.1〜10mmの距離で配置されても良い。

0031

「結合する」と言う用語および関連の用語は、(セラミック本体の外部からセラミック本体に、またはその逆に)媒体からの光が変化することを意味する。通常、光出口窓は、面(または面の一部)を有し、導波管の1または2以上の他の面に対して(実質的に)垂直に配置される。通常、セラミック本体は、1または2以上の本体軸(全長軸、幅軸または高さ軸)を有し、出口窓は、そのような軸に対して(略)垂直に配置される。従って、通常、光入力面は、光出口窓に対して(略)垂直に構成される。従って、特に放射線出口窓は、1または2以上の放射線入力面に垂直に配置される。従って、特に、光出口窓を有する面は、光入力面を有しない。

0032

放射線出口窓の下流には、任意で光学フィルタが配置される。そのような光学フィルタは、好ましくない放射線の除去に使用される。例えば、照明装置が緑色光を提供する必要がある場合、緑色以外の全ての光が除去され、照明装置が赤色光を提供する必要がある場合、赤色以外の全ての光が除去される。同様に、これを適用して、照明装置が黄色または橙色の光等を提供するように構成しても良い。照明装置により緑色および赤色の光を提供することが望ましい場合、赤色および緑色以外の全ての光がフィルタ除去される。従って、別の実施例では、照明装置は、さらに、放射線出口窓の下流に配置され、変換器光における1または2以上の非緑色および非赤色の光の相対的な寄与を低減するように構成された光学フィルタを有する。光源光のフィルタ除去のため、任意で界面フィルタが適用されても良い。緑色および赤色以外の色が望ましい場合、これは、別の色に適用されても良い。光学フィルタは、例えば、第2の面から0.1〜10mmの距離で配置され、あるいは必要な場合、0の距離(すなわち物理的に接触して)配置される。特に、光学フィルタは、例えば、放射線出口窓から0.1〜10nmの距離で、または必要な場合、距離ゼロで配置されても良い。

0033

さらに別の実施例では、照明装置は、さらに、放射線出口窓の下流に配置されたコリメータを有し、これは、変換器光を平行化するように構成される。例えばCPC(複合放物面型集光器)のような、そのようなコリメータを使用して、放射線出口窓から出射される光を平行化し、光の平行化ビームを提供しても良い。

0034

また、照明装置は、半導体光源および/または発光集光器の冷却を容易にするように構成されたヒートシンクを有しても良い。ヒートシンクは、銅、アルミニウム、銀、金、炭化ケイ素窒化アルミニウム窒化ボロン炭化アルミニウムケイ素酸化ベリリウムシリコンシリコン炭化物、炭化アルミニウムシリコン、銅タングステン合金炭化モリブデン炭素ダイアモンドグラファイト、およびこれらの2または3以上の組み合わせを有し、またはこれらで構成されても良い。照明装置は、さらに、1または2以上の冷却素子を有し、これはセラミック本体を冷却するように構成されても良い。

0035

特に、光源は、作動中、200〜490nmの範囲から選択された波長で、少なくとも光(光源光)を放射する光源であり、特に、作動中、400〜490nmの範囲、特に、440~490nmの範囲から選択された波長で、少なくとも光を放射する光源である。この光は、発光材料により、一部が使用されても良い。従って、特定の実施例では、光源は、青色光を発生するように構成される。特定の実施例では、光源は、半導体LED光源(LEDまたはレーザダイオード)を有する。また、「光源」という用語は、例えば2〜20の(半導体)LEDまたはレーザダイオード光源のような、複数の光源に関する。ただし、より多くの光源が適用されても良い。従って、LEDと言う用語は、複数のLEDを意味しても良い。従って、本願において、「半導体光源」と言う用語は、複数の半導体光源を意味する。実施例(以下参照)では、これらは、実質的に同じ半導体光源であり、すなわち、半導体光源放射線の実質的に等しい空間分布が提供される。ある実施例では、半導体光源は、セラミック本体の異なる面に照射するように構成されても良い。

0036

照明装置は、複数の光源を有する。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、特にこれらは、同じ種類であり、実質的に等しい(従って、実質的に同じスペクトル分布を有する)光を提供しても良い。従って、光源は、10nmのバンド幅以内のような、実質的に同じ放射最大値を有しても良い。

0037

光源は、特に、セラミック本体、すなわち放射線入力面に、少なくとも0.2W/mm2の青色の光パワー(Wopt)を提供するように構成される。青色光パワーは、スペクトルの青色の部分として定められるエネルギー範囲内のエネルギーとして定められる(以下も参照)。特に、光子流束は、平均、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。また、特定の実施例では、全長(L)は、少なくとも20mmである。さらに別の特定の実施例では、セリウム濃度は、Aの0.1〜3.0%の範囲であり、例えば98%ルテチウムおよび2%セリウムである。

0038

さらに別の実施例では、特にプロジェクタ用途において、複数の光源は、パルス動作で作動され、ジューティサイクルは、10〜80%の範囲、例えば25〜75%の範囲から選定される。

0039

さらに別の態様では、本発明により、可視光を提供するように構成された照明ユニットが提供される。照明ユニットは、本願で定められる少なくとも一つの照明装置を有する。例えば、そのような照明ユニットは、1または2以上の光学フィルタ、コリメータ、反射器、波長変換器等の、1または2以上の(追加の)光学素子を有しても良い。照明ユニットは、例えば、ヘッドライトのような自動車向けに使用される照明ユニットであっても良い。従って、本発明により、可視光を提供するように構成された、自動車の照明ユニットが提供される。自動車の照明ユニットは、本願で定められる少なくとも一つの照明装置を有し、および/またはデジタルプロジェクタユニットは、本願で定められる少なくとも一つの照明装置を有する。特に、(そのような用途において)照明装置は、緑色光または赤色光(および/または別の色の光)を提供するように構成されても良い。特定の実施例では、そのような照明ユニットは、緑色光を提供するように構成された、少なくとも第1の照明装置と、赤色光を提供するように構成された第2の照明装置と(さらに任意で、別の色の光を提供するように構成された、別の照明装置)を有する。

0040

照明装置は、例えば、オフィスの照明システム、家庭用システム、店舗用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、光ファイバ用システム、投影システム自己点灯表示システム、画素化表示システム、セグメント化表示システム、警告灯システム医療照明用システム、表示灯システム、装飾用照明システム携帯システム自動車用途温室照明システム園芸照明、またはLCDバックライト等の一部であり、あるいはこれらに適用される。

0041

さらに別の態様では、本発明により、前述の請求項の1または2以上に記載の照明装置を有するプロジェクタが提供される。特に、本発明では、請求項1乃至9のいずれか一つに記載の少なくとも2つの照明装置を有する、そのようなプロジェクタが提供される。ここで、第1の照明装置は、緑色光を提供するように構成され、第2の照明装置は、赤色光を提供するように構成される。

0042

上流」および「下流」と言う用語は、光発生手段(特に第1の光源)からの光の伝播に対する、部材または特徴物の配置に関する。光発生手段からの光ビーム内の第1の位置に対して、光発生手段により近い光ビーム内の第2の位置が「上流」であり、光発生手段からより遠い光ビーム内の第3の位置が「下流」である。

0043

白色光」と言う用語は、当業者には知られている。これは、特に、約2000から20000K、特に2700から20000Kの間の相関色温度CCT)を有する光に関し、通常の光の場合、特に、約2700Kから6500Kの範囲であり、バックライト目的の場合、特に約7000Kから20000Kの範囲である。特にBBL黒体中心)から約15SDCM(色マッチング標準偏差)内であり、特にBBLから約10SDCM内であり、特に、BBLから約5SDCM内である。

0044

ある実施例では、光源は、約5000から20000Kの間の相関色温度(CCT)を有する光源光を提供し、例えば直接蛍光体変換されたLEDである(例えば、10000Kが得られる蛍光体薄層を有する青色発光ダイオード)。従って、特定の実施例では、光源は、5000から20000Kの範囲、特に6000から20000Kの範囲、例えば8000から20000Kの相関色温度を有する光源光を提供するように構成される。相対的に高い色温度の利点は、光源光に相対的に高い青色成分が存在することである。

0045

紫外光」または「紫外線」という用語は、特に、約380から440nmの範囲の波長を有する光に関する。「青色光」または「青色放射」という用語は、特に、約440から480nmの範囲の波長を有する光(一部紫およびシアン色相を含む)に関する。「緑色光」または「緑色放射」と言う用語は、特に、約490nmから560nmの範囲の波長を有する光に関する。「黄色光」または「黄色放射」と言う用語は、特に、約560nmから570nmの範囲の波長を有する光に関する。「橙色光」または「橙色放射」と言う用語は、特に、約570nmから600nmの範囲の波長を有する光に関する。「赤色光」または「赤色放射」と言う用語は、特に、約600nmから780nmの範囲の波長を有する光に関する。「色光」または「桃色放射」と言う用語は、青と赤の成分を有する光に関する。「可視」、「可視光」または「可視光放射」と言う用語は、約380から780nmの範囲の波長を有する光に関する。

0046

「実質的に全ての光」または「実質的にからなる」のような、「実質的に」と言う用語は、当業者には理解される。また「実質的に」と言う用語は、「全体的に」、「完全に」、「全てに」等の実施形態を含む。従って、ある実施例では、形容詞の実質的には、除去され得る。「実質的に」と言う用語は、90%以上に関し、例えば95%以上、特に99%以上、さらには100%を含む99.5%以上に関する。また「有する」と言う用語は、「有する」が「からなる」を意味する実施形態を含む。「および/または」と言う用語は、特に、「および/または」の前後に記載の部材の1または2以上に関する。例えば、「部材1および/または部材2」という表現、および同等の表現は、部材1および部材2の1または2以上に関する。ある実施例において、「有する」という用語は、「からなる」を意味し、別の実施例では、「少なくとも定められた化学種と、任意の1または2以上の他の化学種とを有する」ことを意味する。

0047

また、明細書および特許請求の範囲における第1、第2、第3等の用語は、同様の素子の間の区別のために使用され、必ずしも逐次的なまたは時間的な順番で記載されてはいない。従って、使用用語は、適切な環境において相互に交換可能であり、本願に記載の実施例は、記載または示された順番以外の他の順番で作動できることが理解される。

0048

本願に記載の装置は、特に作動中について記載されている。当業者には明らかなように、本発明は、作動中の方法または作動中の装置に限定されるものではない。

0049

前述の実施例は、本発明を限定するためではなく、一例を示すためのものであり、当業者には、添付の特許請求の範囲から逸脱しないで、多くの代替実施例が想起され得ることに留意する必要がある。請求項において、括弧内のいかなる参照符号も、請求項を限定するものと解してはならない。「有する」と言う動詞およびその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の素子またはステップの存在を排斥するものではない。素子の前の「一つの」と言う用語は、そのような素子が複数あることを排斥するものではない。本発明は、いくつかの別個の素子を有するハードウェアにより実施されても、好適にプログラム化されたコンピュータにより実施されても良い。いくつかの手段が列記された装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、同じハードウェア部材により実施されても良い。単にある手段が相互に異なる従属請求項に記載されていることから、これらの手段の組み合わせが有意に使用できないと解してはならない。

0050

本発明は、さらに、明細書および/または添付図面に記載された1または2以上の特徴物を有する装置に適用される。本発明は、さらに、明細書および/または添付図面に記載された1または2以上の特徴物を有する方法またはプロセスに関する
本願に記載の各種態様は、追加の利点を提供するため、組み合わせることが可能である。また、特徴物のいくつかは、1または2以上の分割出願の基本を構成し得る。

図面の簡単な説明

0051

本発明のある態様を概略的に示した図である。
本発明のある態様を概略的に示した図である。
本発明のある態様を概略的に示した図である。
本発明のある態様を概略的に示した図である。
本発明のある態様を概略的に示した図である。
あるセラミック本体および照明装置のある結果を示した図である。
あるセラミック本体および照明装置のある結果を示した図である。
あるセラミック本体および照明装置のある結果を示した図である。
あるセラミック本体および照明装置のある結果を示した図である。
あるセラミック本体および照明装置のある結果を示した図である。

実施例

0052

以下、添付の概略的な図面を参照して、一例としての本発明の実施形態について説明する。図において、対応する参照符号は、対応する部分を表す。

0053

図面は、概略的なものであり、スケールは示されていない。

0054

本発明による発光装置は、これに限られるものではないが、ランプ照明モジュール照明器具スポットライトフラッシュライト、プロジェクタ、(デジタルプロジェクション装置、自動車のヘッドライトもしくはテールライトのような自動車の照明、競技場照明、劇場照明、および建築用照明を含む用途に使用され得る。

0055

以下に示すように、本発明の実施例の一部である光源は、作動の際に、第1のスペクトル分布の光を放射するように適合され得る。この光は、その後、光ガイドまたは導波管に結合される。ここでは、これはセラミック本体である。光ガイドまたは導波管は、第1のスペクトル分布の光を、別のスペクトル分布に変換し、この光を出口表面に誘導する。

0056

図1Aには、本願における照明装置の実施例を概略的に示す。図1Aには、複数の半導体光源10と、細長いセラミック本体100とを有する照明装置1が概略的に示されており、セラミック本体100は、第1の面141および第2の面142を有し、これらが細長いセラミック本体100の全長Lを定める。1または2以上の放射線入力面111、ここでは一例として2つの対向して配置された面、を有する細長いセラミック本体100は、参照符号143および144で示されている(これらは、例えば、幅Wを定める)。また、セラミック本体100は、放射線口窓112を有し、第2の面142は、前記放射線出口窓112を有する。第2の面142全体が使用されても良く、または放射線出口窓として構成されても良い。複数の半導体光源10は、1または2以上の放射線入力面111に、(青色)光光源11を提供するように構成される。前述のように、特にこれらは、放射線入力面111の少なくとも一つに、少なくとも平均0.067ワット/mm2の青色パワーWoptを提供するように構成される。

0057

細長いセラミック本体100は、セラミック材料120を有し、これは、(青色)光源光11の少なくとも一部を、少なくとも緑と赤の変換光101の1または2以上のような、変換光101に波長変換するように構成される。前述のように、セラミック材料120は、A3B5O12:Ce3+セラミック材料を有する。ここでAは、例えば、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、およびルテチウム(Lu)の1または2以上を有し、Bは、例えば、アルミニウム(Al)を有する。参照符号20、21は、それぞれ、光学フィルタおよび反射器を表す。前者は、例えば、緑色光が望ましい場合、非緑色光を低減し、または赤色光が望ましい場合、非赤色光を低減する。後者は、光をセラミック本体または導波管に逆向きに反射する際に使用され、これにより、効率が改善される。概略的に図示された反射器よりも多くの反射器を使用しても良いことに留意する必要がある。

0058

光源は、原理上、いかなる種類の点光源であっても良い。ただし、ある実施例では、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード、有機発光ダイオード(OLED)、複数のLEDもしくはレーザダイオードもしくはOLED、LEDもしくはレーザダイオードもしくはOLEDのアレイ、またはこれらの任意の組み合わせのような半導体光源である。LEDは、原理上、いかなる色のLEDであっても、これらの組み合わせであっても良い。ただし、ある実施例では、UVおよび/または青色の範囲の光源光を生成する、青色光源である。これらは、380nmから490nmの間の波長範囲として規定される。別の実施例では、光源は、UVまたは紫外光源であり、すなわち、420nm未満の波長を放射する。複数のまたはアレイ状のLEDもしくはレーザダイオードもしくはOLEDの場合、LEDもしくはレーザダイオードもしくはOLEDは、原理上、2もしくは3以上の異なる色、例えばこれに限られるものではないが、UV、青色、緑色、黄色または赤色のような、LEDもしくはレーザダイオードもしくはOLEDである。

0059

図1A乃至1Bには、照明装置の同様の実施例を概略的に示す。また、照明装置は、導波管とは独立した、および/または導波管に一体化された、別の光学素子、例えば、複合放物線面型集光素子(CPC)のような光集光素子を有しても良い。図1Bにおける照明装置1は、さらに、CPCのようなコリメータ24を有する。

0060

図1Cには、セラミック導波管の(非)拡張性を概略的に示す。光源を有するセラミック本体が拡張可能な場合、照明装置光101の強度は、セラミック本体の全長に対して拡張化できる(図1Bおよび1C参照)。全長は、r1で表され(相対ロッド長;x軸)、強度は、Iで示されている(相対ルーメン、y軸)。完全な拡張性は、図1Cにおける曲線aである(理想的拡張性)。単結晶は、通常、そのような拡張性導波管に極めて近くなる。曲線b(拡張可能であるが、非理想的)は、実質的に拡張可能な導波管を示す。本願に記載のセラミック本体は、(特に酸素環境下でのポスト熱処理のため、)理想的な拡張性に近い。例えば20から100mmのような、実質的な全長変化にわたり、示されたセラミック本体または導波管は、拡張可能に見える。非拡張性は、曲線cに示されている(非拡張性)。例えば、ポスト熱処理に供されていないセラミック本体は、実質的に低い拡張性を有し、または非拡張的である。

0061

図1Dには、導波管または発光集光器としての、想定されるセラミック本体のある実施例を概略的に示す。各面は、参照符号141乃至146で示されている。第1の変形例の板状または梁状セラミック本体は、面141乃至146を有する。示されていないが、1または2以上の面143乃至146には、光源が配置されても良い。第2の変形例は、第1および第2の面141、142、ならびに円周面143を有する管状ロッドである。示されていないが、セラミック本体の周囲の1または2以上の位置には、光源が配置されても良い。そのようなセラミック本体は、(実質的に)円形または丸い断面を有する。第3の変形例は、実質的に、2つの前述の変形例の組み合わせであり、2つの湾曲側面と、2つの平坦側面とを有する。図1Dに示した変形例は、限定的なものではない。より多くの形状が想定される。すなわち、例えば、本願の参照として取り入れられている、国際公開第2006/054203号が参照される。光ガイドとして使用されるセラミック本体は、通常、ロッド形状またはバー形状の光ガイドであり、相互に垂直な方向に伸びる、高さH、幅Wおよび全長Lを有する。これは、ある実施例では、透明であり、または透明で発光性である。通常、光は、全長Lの方向に誘導される。高さHは、ある実施例では10mm未満であり、他の実施例では、5mm未満であり、さらに別の実施例では2mm未満である。幅Wは、ある実施例では10mm未満であり、他の実施例では5mm未満であり、さらに別の実施例では2mm未満である。全長Lは、ある実施例では幅Wおよび高さHよりも大きく、他の実施例では、幅Wの少なくとも2倍、または高さHの少なくとも2倍であり、さらに別の実施例では、幅Wの少なくとも3倍であり、または高さHの少なくとも3倍である。従って、アスペクト比(全長/幅)は、1よりも大きく、2以上である。特に示さない限り、「アスペクト比」と言う用語は、全長/幅の比を表す。

0062

高さH:幅Wのアスペクト比は、通常1:1(例えば通常の光源用途の場合)であり、1:2、1:3、もしくは1:4(例えば、ヘッドランプのような特殊な光源用途の場合)であり、あるいは4:3、16:10、16:9、もしくは256:135(例えばディスプレイ用途の場合)である。光ガイドは、通常、光入力表面および光出口表面を有し、これらは平行な面には配置されず、ある実施例では、光入力表面は、光出口表面に対して垂直である。高い輝度、集光、光出力を得るため、光出口表面の面積は、光入力表面の面積よりも小さくされても良い。光出口表面は、いかなる形状を有しても良いが、ある実施例では、正方形、矩形、円形、楕円、三角形、五角形、または六角形として形成される。

0063

図1Eには、本願における照明装置1を有する、プロジェクタまたはプロジェクタ装置2を極めて概略的に示す。一例として、ここでは、プロジェクタ2は、少なくとも2つの照明装置1を有し、第1の照明装置(1a)は、例えば、緑色光101を提供するように構成され、第2の照明装置(1b)は、例えば赤色光101を提供するように構成される。光源5は、青色光を提供するように構成される。これらの光源使用して、投影3を提供しても良い。

0064

いくつかの光源装置を構成し、および/または評価した。48mmの長さのロッドのポンプ用の青色流束密度を以下に示す。ロッドサイズ:1.2(冷却側)×1.9(ポンプ側)×48mm。

0065

2.24A(アンペア)の値は、使用した試験モジュールにおける最大電流である。4Aの値は、外挿値である。ロッドへの結合効率は、100%と仮定した。実際には、85〜90%がより一般的である。また、ロッド表面にわたって、入射青色流束分布は均一であると仮定した。実際にはある程度のホットスポットが生じるが、LED上の流束密度自体よりも、顕著ではない。ロッドは、2つの側からポンプ化される。ロッド上の入射青色流束密度は、片側に対して計算され、ここでは、一方の側は、対応する側に配置されたLEDにより励起されると仮定した。これは、典型的にはCeのようなドーパントの濃度が十分に高く、薄い層にわたって青色光が吸収される場合には、成立する。表内のデータは、45%のジューティサイクル(DC)でのパルス作動用に保持される。DCを高めることにより、同じピーク電流で、より大きなパワー、例えば最大60%のパワーを生成することができる。ただし、DLPプロジェクタにおける他の2色のチャネル一連切り換えに、時間が必要となるため、あまり大きくはされない。LCDプロジェクタの場合、直流駆動が使用される(100%DC)。

0066

別の例では、緑および赤の発光セラミックスを比較した。流束出力密度は、青色LEDポンプモジュールの内部に配置されたロッドを用いた、CPC抽出光機器からの出力として採取される。ロッド長=48mmであり、LEDカウントは、52×2mm2高パワーLEDである。ロッド断面積は、1.2×1.9mm=2.28mm2である。

0067

緑色放射にLuAG(Lu3Al5O12:Ce3+)ガーネットを使用した;赤用に、YGdAG((Y+Gd)3 Al5O12:Ce3+) ガーネットを使用した。YGdAGは、実際には、黄色の放射であり、緑色と赤色も含む。プロジェクタ(beamer)には赤色部分を使用するため、緑色部分は、フィルタ化される。光の一部は、ロッドの内部で上下に数回衝突する。緑色と特に赤色には、未ださらなる改善性がある。より最適化された赤は、緑よりも僅かに低い特性である。52LEDの代わりに、1mm2の56LEDを使用して、52mmのロッドをポンプ化することにより、流束は8%上昇した。青色LED出力(前述のスライド)の改善により、同じ倍率で、緑/赤の出力が直接改善される。ロッド長(およびLEDカウント)を倍にすると、理想的には、出力が2倍になり、従って、密度が2倍になる。従って、10cmのロッドは、ノーズ出口で18乃至20Wopt/mm2の緑色密度を有する。

0068

図2Aには、本発明による組成、ここではLuAG、を有するセラミックガーネットロッドの励起スペクトルを示す。本願において定めたような、(a)H2Oを含むH2/N2混合ガス、および(b)酸化性条件下で処理された、セラミック本体の(最大放射)励起が示されている。最低励起バンドの一つの強度に対する最小励起バンドの強度の比は、酸化アニール処理により、(1.17から1.44まで)上昇している。

0069

図2B、および図2C乃至2Dには、酸化性アニール処理の影響を示す。図2Bには、異なるLuAG(純粋なLuサンプル)の最小の熱発光データを示す。aは、単結晶で最も高い熱発光スペクトルであり、cは、未アニール処理セラミック本体の熱発光スペクトルである。単結晶の曲線により接近している中間の曲線bは、アニール処理されたセラミック本体である。x軸は、温度℃を示し、y軸は、任意単位熱発光強度を示す。熱発光データにおいて、サンプルは、短い時間、UV照射(360nm)され、その後、暗室で、直線的加熱速度で加熱される。放射光強度は、サンプル温度関数として測定される。

0070

多結晶YGdAGロッドは、HIPおよび湿式形成ガスアニール処理(還元性雰囲気)後に、低い特性を示す。ロッドが加熱されると、(トラップされた電荷開放され、その後放射性再結合が生じるため)、トラップ状態残光視認される。O2含有雰囲気における、1250℃、4時間の外部アニール処理のような、酸化性ポストアニール処理ステップにより、光出力の大きな増加が観測される。これは、トラップ状態の低下に関係する。残光は観測されない。酸化ロッドと未処理ロッドの間の相対差は、LEDパワー/流束密度の増加とともに、明確に増加する。

0071

0.25%のCeと、25%のGdを有するセラミック本体(図2C)、および1%のCeと、25%のGdを有するセラミック本体(図2D)において、酸化アニール処理の影響が評価された。試験用装置として、1.2mm×1.9mm×52mmのロッド、52のLEDモジュール、10%のジューティサイクルを使用した。図2Cにおいて、一番下側の曲線から一番上の曲線の順番に、アニール処理なし;1%O2;5%O2;21%O2;COアニール処理である。アニール処理なしの場合、結果は、全ての酸化アニール処理(1250℃)に比べて、実質的に低い。図2Dにおいて、一番下側の曲線から一番上の曲線の順番は、1次参照(酸化アニール処理なし);1%O2アニール処理;0.5%O2アニール処理;0.1%O2アニール処理;N2アニール処理(数ppmのO2含有)である。

0072

以下、セラミック本体の合成の例について説明する。Lu2O3、Y2O3、Gd2O3、Al2O3およびCeO2の原材料の所望の組み合わせを、容器内で量した。原材料は、アルミナミルボールを用いて、水中で湿式混合した。バインダを添加し、サスペンションを乾燥した(例えばスプレー乾燥)。スチールダイを用いて、約1トン/cm2の範囲の圧力を加えた状態で、粒状物を所望の形状に乾式プレスした。全ての有機物質(バインダ)を除去するため、圧縮サンプルは、まず、大気中1000℃で熱処理された。次に、サンプルは、通常、1700℃、10-5バール未満の圧力で、真空オーブン内で焼結される。次に、真空焼結サンプルは、通常、1700℃、1000バールのArまたはN2で、静水圧プレス(HIP)処理される。これにより、ポロシティがほぼ0になる。HIPの後、サンプルは、通常、1250℃で、各種酸化性条件下でアニール処理される(前述の実験参照)最後に、サンプルは、研磨され、最終製品が得られる。ここでは、棒状サンプルのため、研磨前に、湿式成形ガス(WFG)中で、標準的なアニール処理が実施される。その後、研磨サンプルに対して、前述のアニール処理が実施される。

0073

Ce3+がドープされたセラミックガーネット組成物を、好適なアニール処理ステップと組み合わせて説明した。得られたセラミック棒は、同じ組成の単結晶と同等の光変換効率を示した。また、最適処理条件を使用して、高い励起密度が得られた。アニール処理をしない場合、高い励起密度での光変換効率は、十分に低くなった(30%以上)。熱的に刺激された発光を使用して、本発明の本質的部分であるアニール処理ステップが適用されたかどうかを評価することができる。未アニール処理のセラミック棒は、特に高温において、明確な残光を示す。

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