JP6681882B2 - 照明システム - Google Patents

Description

本発明は、照明システムに関し、より具体的には、レーザと、入射光によって励起されるときに光を発する発光スクリーンとを有する照明システムに関する。

レーザは、小さい／低いエテンデュ（すなわち、放射面積と光が放射される立体角との積）を持つエネルギー効率的且つ小型の光源であるとして知られている。これが意味することは、これらのレーザ光源は比較的小さい面積から限られた角度範囲内に光を放射するということである。

このようなレーザは、故に、明るい光源が必要とされる用途に有益であり得る。典型的な用途例は、プロジェクションシステム、自動車照明、カメラフラッシュ光、及びスポットライトを含む。これらの例では、不均一である（すなわち、光ビーム内の位置とともに変化する輝度を持つ）光ビームを提供することが望ましいことがある。これは典型的に、光源の幾つかの像（又は幾つかの光ビーム）を重ね合わせることによって達成される。要求される形状及び／又は輝度変化を持つ全体出力光ビームを作り出すように、異なる倍率又は輝度を有する像又は光ビームが重ねられる。しかしながら、このような既知の手法は典型的に、好適な形状及び／又は輝度変化を持つ出力光ビームを提供しない。

本発明は請求項によって規定される。

本発明の一態様によれば、照明システムが提供され、当該照明システムは、光を出力するように適応された少なくとも１つのレーザと、入射光によって励起されるときに光を発する画素化発光スクリーンと、上記少なくとも１つのレーザからの光を上記画素化発光スクリーンへと向け直し且つ分配するように適応された、少なくとも１つの光学コンポーネントとを有し、上記画素化発光スクリーンは、離隔された側端を有して互いに隣接配置された複数の発光画素であり、各画素が発光材料を有する、複数の発光画素と、熱伝導材料から形成されたヒートシンクであり、上記複数の発光画素の間に、隣接する画素の側端と接触するように位置付けられたヒートシンクとを有する。

実施形態は、入射レーザ光によって励起されるときに光を発する発光スクリーンの中にヒートシンクを一体化するという概念を採用する。ヒートシンクが、画素間で発光スクリーンの中まで延在することで、ヒートシンクが、画素の側面と接触し、故に、画素と接触した大きい表面積を放熱のために有することができる。別の言い方をすれば、改善された熱マネジメントのために、各画素の側面及び背面を覆うように画素間にヒートシンクを形成することができる。

換言すれば、ルミネセント変換器（例えば、発光スクリーン）から熱を拡散／放散して、それが高強度の光（例えば、高出力レーザ光）で照らされ得るようにしながら、（反射モード及び透過モードの双方で）高い解像度を得るために発光スクリーンを画素化するという概念が提案される。

実施形態は、様々な形状及び／又は特性（例えば、輝度及び色など）を持ち得る光ビームを生成するように使用され得る。実施形態は、故に、レーザ光源から不均一な光ビームを作り出すために使用され得る。このような不均一な光ビームは特に、例えば、自動車照明、プロジェクションシステム、カメラフラッシュ光、及びスポットライトで使用され得るものである。

発光材料は、例えばルミネセント材料などの‘色変換フィル’とし得る。例は、セラミック蛍光体、蛍光体プレートレット、又は“ｌｕｍｉｒａｍｉｃ”（登録商標）材料と称される既知のルミネセント材料を含み得る。これは更に、放射面積のエテンデュを維持すること、及び／又は放射される光の色を変えることの助けとなり得る。

複数の発光画素の各々は、光を出力するように適応されたフロント光出力面と、該フロント光出力面の反対側の裏面とを有し得る。ヒートシンクは、複数の発光画素の各々の裏面を少なくとも部分的に覆い得る。画素の側面及び背面をヒートシンクで覆うことは、改善された熱伝導をもたらし得る。発光画素の周りのヒートシンク要素は、画素から熱を運び去るために比較的高い熱伝導率を有して温度上昇を回避する必要がある。

ヒートシンクは、少なくとも１つの開口を有することができ、該少なくとも１つの開口は、光がそれを通り抜けて複数の発光画素の各々の裏面に入射することを可能にするように適応される。このような実施形態において、レーザ光は画素にそれらの裏面を介して（例えば、画素の背面を覆うヒートシンクに形成された孔を介して）入り得る。

一実施形態において、複数の発光画素のフロント光出力面は平坦でないとし得る。換言すれば、フロント光出力面は、改善された光取り出し及び／又はコリメーションのために縦方向に変化してもよい。

複数の発光画素の側端は、発光画素のフロント光出力面の面積がその裏面の面積よりも大きくなるようにテーパー状にされてもよい。画素の側面のこのようなテーパー化は、光取り出しを高める助けとなり得る。

実施形態は更に、複数の発光画素の各々のフロント光出力面を少なくとも部分的に覆う（少なくとも部分的に）透明な層を有し得る。この（少なくとも部分的に）透明な層は、レンズ状構造のアレイを有し得る。また、一部の実施形態において、この（少なくとも部分的に）透明な層は、２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い、好ましくは１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い、より好ましくは４０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い、さらに好ましくは１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い熱伝導率を持つ材料から形成され得る。フロント光出力面上に（少なくとも部分的に）透明なコーティング層を付加することは、例えば反射率、光放射、放熱、及び／又は放射波長などの特性を増強させ得る。

複数の発光画素の各々は、同じ発光材料を有し得る。故に、複数の発光画素は、例えば発光材料の単一のシート／層に溝をエッチングすることによって、発光材料の同じシート／層から形成され得る。

一実施形態において、複数の発光画素のうちの少なくとも１つは更に、少なくとも部分的に透明な非発光材料を有し得る。

また、一実施形態において、複数の発光画素のうちの少なくとも１つは更に反射材料を有し得る。

複数の発光画素は、異なる形状及び／又は大きさのものであってもよい。故に、異なる照明パターン、形状及び／又はサイズを提供するために、画素の様々な構成が使用され得る。

実施形態は、それぞれ第１及び第２のレーザ光を出力するように適応された第１及び第２のレーザと、第１及び第２のレーザ光を画素化発光スクリーンのうちの異なる組の発光画素へと分配するように適応された複数の光学コンポーネントとを有し得る。故に、複数のレーザ及び光学コンポーネントを使用して、画素を照らすことの様々なコンセプトに応じ得る。

一部又は全ての画素が異なる発光材料を有し（例えば、それで充填され）てもよい。一例として、画素化発光スクリーンのうちの特定の画素が第１の種類の蛍光体（例えば、青色を白色に変換する）で充填され、他の画素が別種類の蛍光体（例えば、青色を赤色に変換する）で充填されてもよい。

上記熱伝導材料の熱伝導率は、１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高く、好ましくは４０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高く、さらに好ましくは１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高いとし得る。比較的高い熱伝導率を持つ熱伝導材料の使用は放熱を促進することができ、例えば、熱伝導率の値が高いほど、高いレベルの放熱を提供し得る。

実施形態は、自動車照明の分野、及び高輝度照明が望ましいその他の分野／用途で使用され得る。故に、本発明の一態様によれば、一実施形態に従った照明システムを有する自動車ライトが提供され得る。

本発明の他の一態様によれば、一実施形態に従った照明システムを有するプロジェクタライトが提供され得る。

本発明の他の一態様によれば、光を出力するように適応された少なくとも１つのレーザと、上記少なくとも１つのレーザからの光を画素化発光スクリーンへと向け直し且つ分配するように適応された少なくとも１つの光学コンポーネントと、を有する照明システム用の画素化発光スクリーンを製造する方法が提供され、当該方法は、離隔された側端を有して互いに隣接配置された複数の発光画素を設ける工程と、ヒートシンクが、上記複数の発光画素の間に位置付けられて、隣接する画素の側端と接触するように、熱伝導材料からヒートシンクを形成する工程とを有する。

複数の発光画素を設ける工程は、発光材料の層を設け、該発光材料の層の上面に複数の溝を形成することを有することができ、該溝が、複数の発光画素の側端を画成し得る。

実施形態は、比較的高い熱伝導率を持つ材料から形成されたヒートシンクを使用し得る。また、実施形態は更に、ヒートシンクを形成した後に、上記複数の溝が発光材料の層を完全に貫いて延在して、隣接し合う発光画素を完全に分離するように、発光材料の層の一部を除去することを有し得る。

実施形態は、故に、発光材料の単一の層の中に発光画素を形成し、次いで、画素間の溝の中にヒートシンクを形成するという概念を使用し得る。

以下、以下の図を含む添付図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。
照明システムの簡略図である。 一実施形態に従った照明システム用の画素化発光スクリーンを製造する工程群を例示している。 他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンを製造する工程群を例示している。 図３（Ｂ）に示した画素化発光スクリーンの使用を例示している。 一実施形態に従った画素化発光スクリーンの簡略図である。 他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンの簡略図である。 更なる他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンの簡略図である。 様々な実施形態に従った画素化発光スクリーンを示している。 更なる他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンの簡略平面図である。 更なる他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンの簡略図である。 更なる他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンの簡略図である。 様々な実施形態に従った画素化発光スクリーンを示している。 ３つの異なる実施形態に従った画素化発光スクリーンを示している。 様々な使用状態での一実施形態に従った照明システムを示している。

本発明は、改善された熱マネジメントをもたらす画素化された発光スクリーンを有する照明システム、及びそれを製造する方法を提供する。実施形態は特に、比較的小型且つ／或いは効率的な光源からの高い又は増大された輝度の光を必要とする用途、及び／又は、例えばレーザなどの高出力半導体光源からの１つ以上の不均一な光ビームを必要とする用途に関連する。

実施形態は、入射レーザ光によって励起されるときに光を発する発光スクリーンの中にヒートシンクを一体化するという概念を採用する。ヒートシンクが画素間で発光スクリーンの中まで延在することで、ヒートシンクが、ルミネセント画素から熱を運び去るための大きい表面積を提供しながら、画素を分離及び／又は画成するようにすることができる。例えば、ヒートシンクが各画素の側面及び背面を覆うように画素間にヒートシンクを設けることにより、実施形態は、改善された熱マネジメントを提供し得る
縦方向なる用語は、ここで使用されるとき、基板の表面に対して実質的に垂直であることを意味する。横方向なる用語は、ここで使用されるとき、基板の表面に対して実質的に平行であることを意味する。また、位置付けること又は位置を記述する用語（例えば、上、下、頂部、底部など）は、図に示された構造の向きに関連して解釈されるものである。

図面は、純粋に模式的なものであり、機構の寸法が縮尺通りには描かれていないことが理解されるはずである。従って、図示される何れの層の厚さも、限定するものとして解されるべきでない。例えば、第２の層よりも厚いように描かれている第１の層が、実際には第２の層よりも薄いことがある。

図１を参照するに、照明システム１０が描かれている。照明システム１０は、光を出力するように適応されたレーザ１２と、入射光によって励起されるときに光を発する画素化された発光スクリーン１４と、レーザ１２からの光を画素化発光スクリーン１４へと向け直し且つそれに分配するように適応された光学コンポーネント１６とを有している。

画素化発光スクリーン１４は、離隔された側端を有して互いに隣接配置された複数の画素１８を有している。これらの発光画素は、例えばルミネセント材料など、レーザ光をより長い波長に変換する光変換材料を有する。本発明で使用されるのに好適なルミネセント材料は、例えばドープされたＹＡＧ、ＬｕＡＧなどの無機蛍光体、有機蛍光体、有機蛍光染料、及び本発明の目的に高く好適である量子ドットを含む。

量子ドットは、一般にほんの数ナノメートルの幅又は寸法を持つ半導電性材料の小さい結晶である。入射光によって励起されるとき、量子ドットは、結晶の大きさ及び材料によって決定される色の光を発する。故に、ドットの大きさを適応させることによって、特定の色の光を生成することができる。可視域での発光を有する大抵の既知の量子ドットは、例えば硫化カドミウム（ＣｄＳ）及び硫化亜鉛（ＺｎＳ）などのシェルを持つセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）に基づいている。例えばインジウム燐（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）などのカドミウムを含まない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、故に飽和色を示す。さらに、その発光色は、量子ドットの大きさを適応させることによって容易に調節され得る。技術的に知られた如何なるタイプの量子ドットも本発明で使用され得る。しかしながら、環境的な安全性及び関心事の理由で、カドミウムを含まない量子ドットを使用すること、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が好ましいとし得る。

有機蛍光染料も同様に使用され得る。その分子構造が、スペクトルピーク位置を調節することができるように設計され得る。好適な有機蛍光染料材料の例は、例えばＢＡＳＦ社によりＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）という名称で販売されている化合物である、ペリレン誘導体に基づく有機ルミネセント材料である。好適な化合物の例は、以下に限られないが、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を含む。

光変換材料はまた、無機蛍光体を有していてもよい。無機蛍光体材料の例は、以下に限られないが、セリウム（Ｃｅ）ドープされたＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）又はＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を含む。ＣｅドープされたＹＡＧは黄色っぽい光を放ち、ＣｅドープされたＬｕＡＧは黄緑色っぽい光を放つ。赤色光を放つその他の無機蛍光体材料の例は、以下に限られないが、ＥＣＡＳ及びＢＳＳＮを含む。ＥＣＡＳは、Ｃａ_１−ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ_ｘであり、０＜ｘ≦１、好ましくは０＜ｘ≦０．２である。ＢＳＳＮは、Ｂａ_{２−ｘ−ｚ}Ｍ_ｘＳｉ_５−ｙＡｌ_ｙＮ_８―ｙＯ_ｙ：Ｅｕ_ｚであり、ＭはＳｒ又はＣａを表し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦４、且つ０．０００５≦ｚ≦０．０５であり、好ましくは０≦ｘ≦０．２である。

また、光変換材料は、基本的に、（Ｍ＜Ｉ＞_{１−ｘ−ｙ}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）_３（Ｍ＜ＩＶ＞_１−ｚＭ＜Ｖ＞_ｚ）_５Ｏ_１２（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｙ、Ｌｕ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＶ＞はＡｌであり、Ｍ＜Ｖ＞は、Ｇａ、Ｓｃ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、そして、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦１である）、（Ｍ＜Ｉ＞_{１−ｘ−ｙ}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘ，Ｍ＜ＩＩＩ＞_ｙ）_２Ｏ_３（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｙ、Ｌｕ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙｂ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｂｉ、Ｓｂ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、そして、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１である）、（Ｍ＜Ｉ＞_{１−ｘ−ｙ}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）Ｓ_１−ｚＳｅ_ｚ（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｓｂ、Ｓｎ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、そして、０≦ｘ≦０．０１、０≦ｙ≦０．０５、０≦ｚ≦１である）、（Ｍ＜Ｉ＞_{１−ｘ−ｙ}Ｍ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_ｙ）Ｏ（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｐｒ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｚｎ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、そして、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１である）、（Ｍ＜Ｉ＞_２−ｘＭ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_２）Ｏ_７（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｂａ、Ｓｒ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、そして、０≦ｘ≦１である）、（Ｍ＜Ｉ＞_１−ｘＭ＜ＩＩ＞_ｘＭ＜ＩＩＩ＞_１−ｙＭ＜ＩＶ＞_ｙ）Ｏ_３（ただし、Ｍ＜Ｉ＞は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩ＞は、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｍ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＩＩ＞は、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、Ｍ＜ＩＶ＞は、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｓｉ、又はこれらの混合物から成る群から選択され、そして、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１である）、又はこれらの混合物、から成る群から選択された材料からなっていてもよい。

しかしながら、特に好適なルミネセント材料は、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）及びルテニウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ）である。

２つ以上のルミネセント光ガイドの各々が、青色域内、緑色域内、又は赤色域内の異なる中心発光波長を有する。青色域は、３８０ナノメートルと４９５ナノメートルとの間として定義され、緑色域は、４９５ナノメートルと５９０ナノメートルとの間として定義され、そして、赤色域は、５９０ナノメートルと８００ナノメートルとの間として定義される。

蛍光体セラミックの熱伝導率は、好ましくは２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高く、より好ましくは６Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高く、もっと好ましくは２０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い。

各画素は、それを通じて光が入出力されることができる上側の前面と、この上面とは反対側の下面とを有する。上面を“フロント”面として参照し、下面を“リア（裏）”面として参照する。

画素化発光スクリーン１４はまた、例えば、金属、又は例えば酸化アルミニウム若しくは窒化ホウ素などの高熱伝導セラミックなどの、熱伝導材料から形成されたヒートシンク２０を有している。ヒートシンク２０は、画素１８の裏面及び側面に接触し且つそれらを覆うような形状にされて位置付けられている。特に、ヒートシンク２０は、発光画素同士の間を延在した、複数の上向きに突出したフランジを有している。斯くして、ヒートシンク２０は、隣接する画素の側端と接触している。

この実施形態において、ヒートシンク２０は、各画素１８の裏面を完全に覆っている。しかしながら、理解されるように、他の実施形態において、ヒートシンク２０は、各画素１８の裏面の一部のみを覆うように適応されてもよい。また、例えば、この画素化された構成を更に冷却するために、ヒートシンク２０の裏面上に、もっと大きいヒートシンクが置かれてもよい。

この実施形態における光学コンポーネント１６は、レーザからの光を画素化発光スクリーン１４に向けて反射する光リフレクタ１６を有している。ここでは、光リフレクタ１６は、駆動手段（図示せず）によって動くことができるミラーを有する。ミラーが光に画素化発光スクリーン１４の画素群１８の全体を走査させることができるよう、駆動手段は、１つ以上の軸の周りでミラーをパタパタと行ったり来たり旋回させるように適応される。これに代わる実施形態では、例えばレンズ、ＭＥＭＳミラー、ＤＭＤ、ＬＣＤ、光ファイバ、又は屈折器などの、その他の光学コンポーネント１６が使用されてもよい。

レーザ１２からの光が、光学コンポーネント１６によって、画素化発光スクリーン１４へと向け直され、且つ画素化発光スクリーン１４に分配される。故に、レーザからの光は、画素１８のフロント面に入射して画素１８に入り、そこで、画素の発光材料を励起し、画素１８にそのフロント面から光を放出させる。画素１８は、故に、そのフロント面から概して上向きに延出する向きに光を放つ。そして、放たれた光が、例えばレンズなどの光学装置２２を通り抜け、（“Ｌ”を付された矢印によって描かれるように）それが画像を作り出す。

故に、理解されるように、図１の実施形態では、ヒートシンク２０はまた、画素１８のフロント（光入／出力）面の方に光を向け直すリフレクタとしても作用する。従って、各画素１８を、光がフロント（光入／出力）面から出て行くまでその中で光が反射／再循環される“鏡箱”として考え得る。

レーザ１２からの光を（光学コンポーネントを介して）画素化発光スクリーン１４上に投射又は走査することにより、光が、画素化発光スクリーン１４から放たれ、そして、特定の画像を作り出すように光学装置によって投射され得る。

図２は、例えば図１に示したものなどの照明システム用の画素化発光スクリーンを製造する工程群を例示している。

図２（Ａ）に示すように、発光材料の単一の層３０が用意される。例として、発光材料のこの単一のセラミック板３０は、ｌｕｍｉｒａｍｉｃ（登録商標）として知られる蛍光体プレートレットを有し得る。

そして、図２（Ｂ）に示すように、発光材料の層３０の上向き表面に溝（チャネル）３２が形成される（例えば、エッチングされる）。溝３２は、複数の画素１８の側端を画成する。故に、図２（Ｂ）に示した工程の結果として、離隔された側端を有して互いに隣接配置された複数の発光画素１８が設けられる。

図２（Ｃ）に示すように、層３０の上向き表面を覆って溝３２を充填するよう、熱伝導材料が堆積される。結果として、堆積された熱伝導材料が、画素１８の側端と接触したヒートシンク２０を形成する。

最後に、図２（Ｄ）に示すように、溝３２が発光材料の層３０を完全に貫いて延在して、隣接し合う発光画素１８を完全に分離するように、発光材料の層３０の下部が除去される（例えば、エッチングされる）。故に、離隔された側端を有して互いに隣接配置された複数の発光画素１８と、隣接する画素１８の側端と接触するように複数の発光画素１８の間に位置付けられたヒートシンク２０と、を有する画素化発光スクリーン１４が提供される。

次いで、図３を参照するに、他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンを製造するための更なる工程が示されている。先ず、図３（Ａ）に示すように、一実施形態に従った画素化発光スクリーン１４が用意される。より具体的には、この例では、この画素化発光スクリーン１４は、図２Ｄに示したものと同じであり、故に、提案する一実施形態に従って製造されたものである。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、各開口４０の位置が、下に位置するそれぞれの画素と対応するように、複数の開口４０がヒートシンク２０に形成される。故に、開口４０は、光がそれを通り抜けて複数の発光画素１８の各々の上向き表面に入射することを可能にする。

図４に例示するように、図３に示したようにして製造された画素化発光スクリーン５０は、（ｉ）（“Ｌ_ＩＮ”を付された矢印によって描かれるように）開口４０を介して光を発光画素１８に入力することができるリア光入力面５１と、（ｉｉ）（“Ｌ_ＯＵＴ”を付された矢印によって描かれるように）光を発光画素１８から出力することができるフロント光出力面５２とを持つと考えられ得る。

これまで、単一の発光材料を有する画素を持つとして実施形態を説明してきたが、理解されるべきことには、他の実施形態においては、画素は更なる機構及び／又はコンポーネントを有していてもよい。例として、図５−７は他の実施形態を示している。

図５は、一実施形態に従った画素化発光スクリーンの簡略図であり、ここでは、発光画素１８の各々が更に、透明な非発光材料５５を有している。このような透明な非発光材料５５は、例えば、透過光又は反射光の光学特性を変える光学エンハンスメント材料を有し得る。また、図６に示すように、発光画素１８の各々は更に、レーザからの青色光を透過させるとともに発光材料から発せられた黄色光を反射するダイクロイック材料６０を有することができる。ダイクロイック層を有する図６に示した構成は、特に、（例えば、図３においてのように）ヒートシンクに孔が存在する実施形態に関連するものであり、そのような場合、レーザ光はダイクロイック層によって透過されることができるが、変換された光が後ろから出て行くことは可能でない。

図７は、一実施形態に従った画素化発光スクリーンの簡略図であり、ここでは、発光画素１８の各々が更に、高度に反射性の材料７０を有している。

このような追加の材料は、ヒートシンク２０が堆積される前に堆積されることによって、発光画素１８内に含められ得る。例えば、（追加の材料を堆積するための）１つ以上の追加工程が、図２（Ｂ）−２（Ｃ）によって示した工程間に含められ得る。

図５−７の実施形態は、光が通り抜けることを可能にするヒートシンクの開口なしで説明されているが、理解されるべきことには、他の実施形態においては、図５−７のヒートシンクは、光が通り抜けて複数の発光画素のうちの１つ以上の裏面に入射することを可能にするように適応された少なくとも１つの開口を有していてもよい。

また、図８−９の様々な構成によって例示するように、提案する概念に従った画素化発光スクリーンは、発光画素の様々な配列を有し得る。発光画素は、規則的なアレイにて配列されてもよいし、不規則なアレイにて配列されてもよく、また、異なる形状及び／又は大きさのものであってもよい。故に、発光画素１８のパターン及び／又は大きさは、要求に従った出力照明／光ビームを作り出すように選定され得る。

次いで、図１０を参照するに、更なる他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンが示されており、ここでは、画素化発光スクリーンが更に、発光画素１８と接触したヒートシンク２０と接触する更なるヒートシンク７５を有している。このように更なるヒートシンクを含めることは、放熱／熱マネジメントを更に改善し得る。

図１１を参照するに、更なる他の一実施形態に従った画素化発光スクリーンが示されており、ここでは、発光画素１８のフロント光出力面の面積がその裏面の面積よりも大きくなるように、複数の発光画素１８の側端がテーパー状にされている。画素１８の側面の先細化は、画素１８からの光取り出しを高める助けとなり得る。

これまで、発光画素１８が実質的に平坦な（フロント）光出力面を持つことを示唆するように実施形態を説明してきたが、理解されるべきことには、他の実施形態においては、発光画素１８は、それに代えて、平坦でない（フロント）光出力面を有していてもよい。例として、図１２は、複数の発光画素のフロント光出力面が平坦でない様々な実施形態を示している。

図１２（Ａ）では、複数の発光画素のフロント光出力面が、光取り出し特性を高めるように粗面化されており、図１２（Ｂ）では、複数の発光画素のフロント光出力面が、改善された光取り出し特性及びコリメーション特性のために、上方に突出した構造８０の繰り返しパターンを有するように形成されている。図１２（Ｃ）では、複数の発光画素のフロント光出力面が、追加の、上方に突出した光学構造８５の層を備えている。しかしながら、図１２（Ｂ）の実施形態（上方突出構造が発光画素の発光材料内に形成されている）とは異なり、図１２（Ｃ）の実施形態の上方突出構造は、発光画素の頂面上の追加の層８５として形成されている。

故に、実施形態は、例えば波状の構造を形成する突起と凹部などの機構を持つ屈折構造を有していてもよい。屈折構造の機構の典型的な大きさは、５μｍから５００μｍの範囲内とし得る。これらの機構の形状は、例えば、半球（レンズ）、角柱、正弦波、又はランダム（例えば、サンドブラスト加工されたもの）とし得る。適切な形状を選択することにより、光ガイドの中に結合される光の量を調節することができる。このような屈折構造は、例えば彫刻加工、サンドブラスト加工、又はこれらに類するものなどの、機械的手段によって作製され得る。他の例では、屈折構造は、例えばポリマー又はゾルゲル材料などの適切な材料における複写によって作製され得る。

故に、図１２（Ｃ）に示した例から理解されるように、実施形態は、複数の発光画素の光出力面（の少なくとも一部）を覆う１つ以上の追加のコーティング層を有していてもよい。例として、図１３（Ａ）は、複数の発光画素１８の上向きの光出力面を覆うように反射防止コーティング１００が設けられた一実施形態を示している。更なる例として、図１３（Ｂ）は、複数の発光画素１８の上向きの光出力面を覆うように蛍光体コーティング１１０が設けられた一実施形態を示している。蛍光体コーティング１１０は、放射される光のスペクトルを要求に従って適応させるためのものである。更なる他の例として、図１３（Ｃ）は、複数の発光画素１８の上向きの光出力面を覆うように、高熱伝導性材料から形成された透明層１１１が設けられた一実施形態を示している。

これら追加のコーティングは孤立的に使用されるように示されているが、理解されるべきことには、他の実施形態は複数のコーティングの組み合わせを使用してもよい。

図１０−１３の実施形態は、光が通り抜けることを可能にするヒートシンクの開口なしで説明されているが、理解されるべきことには、他の実施形態においては、図１０−１３のヒートシンクは、光が通り抜けて複数の発光画素のうちの１つ以上の裏面に入射することを可能にするように適応された少なくとも１つの開口を有していてもよい。

図１の実施形態は、単一のレーザ及び単一の光学コンポーネントを有するように説明されているが、理解されるべきことには、他の実施形態においては、２つ以上のレーザ及び／又は２つ以上の光学コンポーネントが使用され得る。例として、図１４は、様々な使用状態での一実施形態に従った照明システムを示しており、この照明システムは、第１のレーザ１２Ａ、第２のレーザ１２Ｂ、第１の光学コンポーネント１６Ａ、及び第２の光学コンポーネント１６Ｂを有している。

第１の光学コンポーネント１６Ａは、第１のレーザ１２Ａからの光を画素化発光スクリーン１４の発光画素群１８へと向け直し且つそれらに分配するように適応されており、第２の光学コンポーネント１６Ｂは、第２のレーザ１２Ｂからの光を画素化発光スクリーン１４の発光画素群１８へと向け直し且つそれらに分配するように適応されている。

図１４（Ａ）は、“オフ”状態にあるこの実施形態を示しており、第１及び第２のレーザ１２Ａ及び１２Ｂはどちらも光を放っていない。

図１４（Ｂ）は、“両方オン”状態にあるこの実施形態を示しており、第１及び第２のレーザ１２Ａ及び１２Ｂの双方が光を放っている。この状態において、第１の光学コンポーネント１６Ａは、第１のレーザ１２Ａからの光を画素化発光スクリーン１４の第１の組の発光画素１８へと向け直し且つそれらに分配し、第２の光学コンポーネント１６Ｂは、第２のレーザ１２Ｂからの光を画素化発光スクリーン１４の第２の異なる組の発光画素１８へと向け直し且つそれらに分配する。

図１４（Ｃ）は、“第１単独オン”状態にあるこの実施形態を示しており、第１のレーザ１２Ａのみが光を放っており、これが次いで、第１の光学コンポーネント１６Ａによって、画素化発光スクリーン１４の第１の組の発光画素１８へと向け直され且つそれらに分配される。

最後に、図１４（Ｄ）は、“第２単独オン”状態にあるこの実施形態を示しており、第２のレーザ１２Ｂのみが光を放っており、これが次いで、第２の光学コンポーネント１６Ｂによって、画素化発光スクリーン１４の第２の組の発光画素１８へと向け直され且つそれらに分配される。

故に、図１４の実施形態は、複数のレーザ１２Ａ及び１２Ｂからの光を画素化発光スクリーン１４の異なる組の発光画素１８へと向け直し且つそれらに分配するように適応された複数の光学コンポーネント１６Ａ及び１６Ｂを有している。しかしながら、理解されるように、他の実施形態においては、光学コンポーネント１６Ａ及び１６Ｂは、複数のレーザ１２Ａ及び１２Ｂからの光を画素化発光スクリーン１４の同じ発光画素群１８へと向け直し且つそれらに分配するように適応されてもよい。どのレーザ光が向け直されて分配されるか、及び／又はどの発光画素１８に光が向け直されて分配されるか、を変えることにより、例えば所定の要求に従って、画素化発光スクリーン１４から放射される光が変更及び／又は制御され得る。

反射特性を持つヒートシンクの使用が説明されてきた。しかしながら、追加の冷却が好ましい場合、変換された光が画素を退出するところである発光画素の表面の上に透明なヒートシンクを使用し得る。このような透明ヒートシンクは、例えばピラミッド状にされたドームなど、数多くの形態を有し得る。

また、図１４の実施形態は、光が通り抜けることを可能にするヒートシンクの開口なしで説明されているが、理解されるべきことには、他の実施形態においては、このヒートシンクは、光が通り抜けて複数の発光画素のうちの１つ以上の裏面に入射することを可能にするように適応された少なくとも１つの開口を有していてもよい。例えば、他の実施形態において、（１つ以上の）レーザ及び（１つ以上の）光学コンポーネントが、光が発光画素の裏面（例えば、底面）に入射するようにヒートシンクの孔を通して光を導くことによって、これらのレーザからの光を画素化発光スクリーンの発光画素へと向け直し且つそれらに分配するように適応されてもよい。

開示した実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する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”は複数であること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、範囲を限定するものとして解されるべきでない。

Claims (13)

1. 光を出力するように適応された少なくとも１つのレーザと、
   入射光によって励起されるときに光を発する画素化発光スクリーンと、
   前記少なくとも１つのレーザからの光を前記画素化発光スクリーンへと向け直し且つ分配するように適応された、少なくとも１つの光学コンポーネントと
   を有し、
   前記画素化発光スクリーンは、
   離隔された側端を有して互いに隣接配置された複数の発光画素であり、各画素が発光材料を有する、複数の発光画素と、
   熱伝導材料から形成されたヒートシンクであり、前記複数の発光画素の間に、隣接する画素の側端と接触するように位置付けられたヒートシンクと
   を有し、
   前記複数の発光画素の各々が、
   光を出力するように適応されたフロント光出力面、及び
   前記フロント光出力面の反対側の裏面
   を有し、
   前記ヒートシンクは、前記複数の発光画素の各々の前記裏面を少なくとも部分的に覆っており、前記ヒートシンクは、少なくとも１つの開口を有し、前記少なくとも１つの開口は、光がそれを通り抜けて前記複数の発光画素の各々の前記裏面に入射することを可能にするように適応されており、
   少なくとも部分的に透明な層が、前記複数の発光画素の各々の前記フロント光出力面を少なくとも部分的に覆っている、
   照明システム。
2. 前記複数の発光画素の前記フロント光出力面は平坦でない、請求項１に記載の照明システム。
3. 前記複数の発光画素の前記側端は、発光画素の前記フロント光出力面の面積が該発光画素の前記裏面の面積よりも大きくなるようにテーパー状にされている、請求項１又は２に記載の照明システム。
4. 前記少なくとも部分的に透明な層は平坦でない、を更に有する請求項１に記載の照明システム。
5. 前記少なくとも部分的に透明な層は、レンズ状構造のアレイを有する、請求項１に記載の照明システム。
6. 前記少なくとも部分的に透明な層は、２Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い、好ましくは１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い、より好ましくは４０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い、さらに好ましくは１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い熱伝導率を持つ材料から形成されている、請求項１に記載の照明システム。
7. 前記複数の発光画素の各々は、同じ発光材料を有する、請求項１乃至６の何れかに記載の照明システム。
8. 前記複数の発光画素のうちの少なくとも１つは更に、少なくとも部分的に透明な非発光材料を有する、請求項１乃至７の何れかに記載の照明システム。
9. 前記複数の発光画素のうちの少なくとも１つは更に反射材料を有する、請求項１乃至８の何れかに記載の照明システム。
10. 前記複数の発光画素は、異なる形状及び／又は大きさのものを含む、請求項１乃至９の何れかに記載の照明システム。
11. それぞれ第１及び第２のレーザ光を出力するように適応された第１及び第２のレーザと、
    前記第１及び第２のレーザ光を前記画素化発光スクリーンのうちの異なる組の発光画素へと分配するように適応された複数の光学コンポーネントと、
    を有する請求項１乃至１０の何れかに記載の照明システム。
12. 前記熱伝導材料の熱伝導率は、１０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高く、好ましくは４０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高く、さらに好ましくは１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１よりも高い、請求項１乃至１１の何れかに記載の照明システム。
13. 光を出力するように適応された少なくとも１つのレーザと、前記少なくとも１つのレーザからの光を画素化発光スクリーンへと向け直し且つ分配するように適応された少なくとも１つの光学コンポーネントと、を有する照明システム用の画素化発光スクリーンを製造する方法であって、
    離隔された側端を有して互いに隣接配置された複数の発光画素を設ける工程であり、当該複数の発光画素の各々が、光を出力するように適応されたフロント光出力面と、該フロント光出力面の反対側の裏面とを有する、工程と、
    熱伝導材料からヒートシンクを形成する工程であり、当該ヒートシンクが、前記複数の発光画素の各々の前記裏面を少なくとも部分的に覆い、且つ前記複数の発光画素の間に、隣接する画素の側端と接触するように位置付けられるようにされる、工程と、
    前記ヒートシンク内に少なくとも１つの開口を形成する工程であり、当該少なくとも１つの開口が、光がそれを通り抜けて前記複数の発光画素の各々の前記裏面に入射することを可能にするように適応される、工程と、
    前記複数の発光画素の各々の前記フロント光出力面を少なくとも部分的に覆う少なくとも部分的に透明な層を設ける工程と、
    を有する方法。

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