JP2004528714A - Uv反射器、及び、uv反射器を組み込んでuv放射線漏れを低減したuvベース光源 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
【0001】
本発明は、紫外線(UV)反射器、及び紫外線反射器を組み込んだUVベースの光源に関する。厳密には、本発明は、半導体UV発光デバイスをベースとし、周囲へのUV放出を低減した可視光源に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体発光ダイオード及びレーザーダイオード(以後「LED」と総称する)は、比較的発光効率が良好で且つ電力消費が少なく、更に近年GaNベース半導体デバイスの製造技術が進歩してきたので、広範な用途で光源として重要になってきている。UV光又は青色発光LEDからの放射線又は光線が、一般的には長い波長、特に可視領域内の波長を有する光に変換される光源が開示されている。本発明の開示では、「放射線」と「光(線)」という用語は、互換可能に用いられており、UVから赤外線まで、即ち約100nmから約1mmの範囲の波長を有する電磁放射線を意味している。
【0003】
LEDから可視光線を作るための1つの一般的な方法は、蛍光体組成物をLEDに隣接して配置し、LEDが放出する放射線を可視光線に変換する方法である。光変換のためにLEDの周りに拡散されている層内に蛍光体を使用しているLEDベースの照明装置は、しばしば望ましくない後光効果と半影効果に悩まされる。後光効果は、蛍光体から放出される光とLEDから放出される光の混合が不十分なために起こる。LEDは、一般的に、1つの波長範囲、即ち1つの色の光を指向性、異方性的をもって放出する。しかしながら、拡散されている蛍光体は、別の波長範囲、即ち別の色の光を等方性的に(即ち、全方向に)放出する。従って、システムからの出力光は、異なる角度で見ると異なる色を持っているように見える。そのような光源からの光を平面に向けると、その光は、或る色の後光が別の色を取り囲むように現れる。半影効果が非均一な光度の影響であるのに対し、後光効果は光の混合が不十分なことの影響であることを除けば、半影効果は後光効果と同様である。半影効果は、LEDベースの光源が、縁部よりも中心で明るくなるようにする。上記のように、蛍光体の放出が等方性であるのに対し、LEDの放出には指向性がある。従って、LEDベースの光源が放出する全光線は、LEDチップの放出強度が中心領域で最大であるため、中心が明るくなる。これらの問題を改善するために、色拡散体の粒子を蛍光体層に加えると、LEDと蛍光体の放出する色を混合することができる。例えば、米国特許第6,066,861号は、「構成要素の発光パターンを最適化する」ために、拡散体としてCaF2を利用することについて簡単に開示している。同様に、米国特許第6,069,440号は、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム及び酸化シリコンのような「分散剤」を、「色を混ぜ合わせる」ために、蛍光体と共に利用することについて述べている。しかし、これらの特許は、分散剤が、色の混合又は配合以外の何らかの利点のために、これら又は類似のデバイス内に用いられているか、或いはこれらの分散剤に必要な特性は何か、については開示又は示唆していない。
【0004】
UVLEDチップは可視光線の放出にそれほど寄与しないので、UVLEDベースのランプが放出する光の色は、主として蛍光体の配合によって制御されるため、可視光線が抽出される用途では、特にUV発光LEDが好まれる。本明細書では、「UVLED」という用語は、約420nm以下の波長を有するUV放射線を放出するLEDを意味する。しかしながら、LEDの放出する放射線の波長が短くなるにつれて、放射線はより強力になるので、望ましくは実質的にUV放射線が照明装置から周囲の環境に確実に逃げ出さないようにする必要がある。
【0005】
米国特許第5,813,752号及び第5,813,753号は、可視光線を放出するUV/青色LED蛍光体デバイスを開示している。米国特許第5,813,752号では、UV/青色LEDはサファイア基板上に配置されており、蛍光体層は直接UV/青色LED上に掛けられている。望ましくは高屈折率を有する材料と低屈折率を有する材料を交互に積層した多重層誘電堆積物で構成される長波通過(LWP)フィルターが、蛍光体層上に直接配置されている。米国特許第5,813,753号では、UV/青色LEDはカップ内に配置されている。どちらの特許でも、UV/青色LEDは、UVから青色の波長範囲内の放射線を放出する。カップは、UV/青色放射線の一部を可視光線に変換するUV/青色励起性蛍光体が中に分散配置されているエポキシで満たされている。望ましくは高屈折率を有する誘電体材料と低屈折率を有する誘電体材料を交互に積層して構成されるLWPフィルターが、蛍光体層の最上部に配置されている。LWPフィルターは、UV/青色光線を蛍光体に反射し返し、蛍光体が放出する可視光線を透過させると考えられている。しかし、これらの特許は、これらの目標を実現するための、高屈折率を有する材料と低屈折率を有する材料の選択、設計、又は多重層LWPフィルターの構造については教示していない。UV放射線を反射させる際のフィルターの有効性は、とりわけ、エポキシの屈折率に対する、エポキシ層に隣接して配置されている層の屈折率に依存しているので、このような性質のデバイスのフィルターを成功させるには、材料の選択は、特に重要な案件である。
【0006】
従って、周囲の環境へのUV放射線漏れを最低限に抑えた、改良されたUV放射線低減フィルター及び改良されたUVLEDベースの照明装置を提供することが依然求められている。更に、均一な色と光度を有し、同時にUV放射線漏れが少ない光源を提供することが非常に望まれている。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6,066,861号
【特許文献2】
米国特許第6,069,440号
【特許文献3】
米国特許第5,813,752号
【特許文献4】
米国特許第5,813,753号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、約420nm以下の波長を有するUV放射線を散乱又は反射し、それ以外の波長を有する光線、特に可視スペクトルの波長を有する光線の透過と比べて、その前進方向の透過を低減させる材料を備えているUV反射器を提供する。一般的には、本発明のUV反射器は、異なる屈折率を有する少なくとも2つの材料から成る複合材料で作られている。第1実施形態では、UV反射器は、可視スペクトルの光線に関し実質的に透明な第2固体材料内に、粒状の第1材料が実質的に分散配置されている複合構造体である。第2実施形態では、UV反射器は、少なくとも2つの異なる屈折率を有する材料の層状構造体である。第1材料の屈折率は、第2材料の屈折率より小さいか又はそれと等しく、第2材料の屈折率は、光線がUV反射器に衝突する前に通過する媒体の屈折率よりも大きい。
【0009】
本発明は、更に、均一な色と光度を有し、UV放射線の漏れを低減したUVベースの光源を提供する。UVベースの光源は、UV放射線を放出するLEDと、LEDを覆うモールド成形又は鋳造成形材料を備えた成形構造体と、LEDの放出するUV放射線により励起される少なくとも1つの蛍光体の粒子と、前記モールド成形又は鋳造成形材料の少なくとも一部に実質的に均一に分散配置された少なくとも1つのUV放射線散乱材料の粒子とを備えている。蛍光体組成物及び散乱材料の粒子は、LEDの近傍に配置されている。モールド成形又は鋳造成形材料は、硬化後は実質的に透明なガラス又はポリマー材料である。本明細書では、実質的に透明な材料とは、555nmの波長を有する入射光が入射角10度未満で入射した場合、その80%以上を透過させる材料と定義する。
【0010】
本発明の別の態様では、UV放射線散乱材料は、モールド成形又は鋳造成形材料の屈折率とは実質的に異なる屈折率を有している。本明細書では、材料の屈折率は、555nmの波長を有する光線で測定するものとする。
【0011】
本発明の又別の態様では、UV放射線散乱材料は誘電体材料であり、その代表的粒子集団の95%以上が、モールド成形又は鋳造成形材料内のUV放射線の最大波長の約半分より小さい粒子直径を有しており、平均粒子直径は、同上波長の約10分の1である。不規則な形状を有する粒子の直径は、本明細書では、粒子の最大寸法に匹敵する球の直径と定義する。平均粒子直径は、代表的な粒子のサンプルの平均粒子直径である。
【0012】
本発明の又別の態様では、UVベースの光源は、更に、少なくとも交互する第1及び第2の屈折率を有する材料の複数の層がモールド成形又は鋳造成形材料の成形構造体上に配置されて成るUV反射器を備えている。第1屈折率は約1.5より大きく、第2屈折率は約2より小さい。各層は、透過させることになる放射線の波長の4分の1か、又は4分の1の偶数倍の厚さを有している。
【0013】
本発明の更に別の態様では、モールド成形又は鋳造成形材料に隣接するUV反射器の表面は、モールド成形材料内のUV放射線の波長より遙かに小さい代表的寸法を有する複数の突起を有している。
【0014】
本発明のこの他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照すれば明白になるであろう。なお、図中、同じ要素には同じ番号を付している。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
UVLEDベースの可視光源は、通常、LEDに隣接して配置されUV放射線を可視光線に変換する蛍光体組成物を備えている。本発明に用いられる蛍光体は、UV放射線エネルギーを吸収して、波長が長い光線、典型的には可視スペクトル内の光線を再放出する。UVLEDと蛍光体の組み合わせは、通常、ガラス、エポキシ、シリコン又は尿素ホルムアルデヒド熱硬化性樹脂のようなモールド成形又は鋳造成形材料の実質的に透明な構造体内に密閉されている。或いは、蛍光体の粒子がモールド成形又は鋳造成形材料内に分散配置され光線を良好に分散させるようになっていることも多い。通常、使用される蛍光体粒子の量は少ない。従って、UV光線が、蛍光体粒子に吸収されて変換されることなく光源から漏れ出る可能性は相当高い。この変換されないUV放射線は、光源の光線出力を下げるだけでなく、安全上の懸念点を生じる。更に、UV放射線は、ポリマー材料を劣化させることが多いので、しばしばポリマーモールド成形又は鋳造成形材料の長期の完全性に悪影響を与える。従って、ポリマー材料を行き来する未変換のUV放射線の量を低減することが強く望まれている。本発明は、UV放射線がポリマー材料内で散乱し、及び/又は光源の直視境界線で反射する機会を増すことによって、UV放射線の活用度を増し、UV放射線の周囲への漏れを低減させるUVLEDベースの光源を提供する。
【0016】
図1は本発明の第1実施形態を示しており、UVLEDベースの光源10は、反射面24上に配置されているUVLED20と、UVLED20の近傍に配置され、LED20が放出するUV放射線を可視光線に変換する蛍光体組成物の粒子26と、蛍光体の粒子26の間に配置され、最初は蛍光体に吸収されなかったUV放射線を散乱させ蛍光体粒子26に吸収される機会を更に与える散乱材料の粒子28と、を備えている。UVLED20は、約100nmから約420nmの範囲、望ましくは約200nmから約420nmの範囲、更に望ましくは約300nmから約420nmの範囲にある波長を有するUV放射線を放出する。蛍光体組成物の粒子26と散乱材料の粒子28は、共にモールド成形又は鋳造成形材料22内に分散配置されており、モールド成形材料、蛍光体及び散乱材料の複合材から成る封入構造体30が、LEDを覆って形成され、これらに対する保護構造体を形成している。加えて、透明材料で作られているレンズ32が、構造体30の周りに形成され、これらを更に保護している。レンズ32の材料は、封入構造体30のモールド成形又は鋳造成形材料と同じでもよい。図1では、反射面24が平面として示されているが、UVLED20は、反射面を有するカップ内に配置してもよい。また、図2は本発明の第2実施形態を示しており、蛍光体材料の層40が、UV放射線を放出するUVLED20の表面に掛けられている。散乱材料の層42は、蛍光体層40の上に掛けられている。蛍光体層40と散乱層42は、それぞれ、モールド成形又は鋳造成形材料と、蛍光体又は散乱材料との混合物であってもよい。蛍光体層40は、散乱材料の粒子を含んでいてもよい。次に、蛍光体層40と散乱層42を装備したLED20は、モールド成形又は鋳造成形材料の封入構造体50内に封入される。代わりに、封入構造体50は、別にモールド成形又は鋳造成形し、その後、蛍光体層40と散乱層42を上に掛けたLED20に取り付けてもよい。どちらの構造でも、蛍光体材料によって吸収されなかったUV放射線は、散乱粒子によって散乱され、蛍光体材料に反射し返され、更に吸収され、可視光線に変換される。この様にして、周囲に漏れるUV放射線の量は大幅に低減される。更に、UV放射線の大部分が最終的に可視光線に変換されるので、光源の光線出力はそうしない場合より高くなり、UV光線は何度も散乱されるので、可視光線の出力は、より均一に分配される。
【0017】
図3は、水(屈折率約1.5)中の4nmコロイド状シリカ粒子(屈折率約1.5)の相対屈折率を示している。光線の波長の約10分の1未満の特性寸法を有している粒子は、レイリー散乱理論が当てはまる領域内にある。この領域では、非吸収粒子にとって、散乱が主メカニズムである。この場合の散乱した光の強さは、λ-4で変化し、ここにλは光の波長である。例えば、John Willey&Sons社発行、Richard Tilleyの「材料の色と光学特性」110−113頁(2000年)を参照されたい。つまり、散乱材料が吸収せず、粒子が平均波長の10分の1未満の特性寸法、例えば直径、を有している場合、短い波長の光は、長い波長の光よりも効率的に散乱する。従って、UV放射線を散乱させるには、平均粒子直径が約40nm未満の誘電体材料の散乱粒子を使用することが望ましい。
【0018】
周知の様に、レイリー散乱では、散乱した光の強さは、[(m2−1)/(m2+2)]2に比例し、ここに、mは、粒子の屈折率npと媒体の屈折率nmの比、即ちnp/nmである。例えば、John Willey&Sons社発行、Richard Tilleyの「材料の色と光学特性」110−113頁(2000年)を参照されたい。従って、比mが1から離れるにつれ、散乱した光の強度は増す。モールド成形又は鋳造成形材料として使用するのに適している殆どの材料は、約1.5の屈折率を有している。蛍光体を含めて多くの結晶質固体は、屈折率が1.5のよりも相当高く、散乱材料に適している。小数の固体ハロゲン化合物が1.5より小さい屈折率を有している。本発明に適している散乱材料の例を、その屈折率と共に、下表1に示す。幾つかの材料の屈折率の値が、例えば、マグロヒル社発行の、Ronald W.Waynant及びMarwood N.Ediger(編集)の「電子光学便覧」11.13−11.38頁(2000年)や、アディソン・ウェズリー・ロングマン社発行の、Eugene Hechtの「光学」72−73及び94頁(1998年)、マグロヒル社発行の、Warren J.Smithの「最新光学エンジニアリング」189−201頁に掲示されている。この他、約1.7より大きいか、又は約1.4より小さい屈折率を有する材料も適している。
【0019】
【0020】
図4に示す別の実施形態では、図1の光源は、更に、封入構造体30の上に配置されている少なくとも1つの散乱材料の層60を含んでいる。散乱層60は、封入構造体30内に分散配置されている散乱材料と同じ材料で構成しても異なる材料で構成してもよい。更に、層60の散乱材料は、可視光線の透過に実質的に影響を与えない限り、封入構造体30のモールド成形又は鋳造成形材料と同じ材料内に分散配置してもよいし、異なる材料内に分散配置してもよい。散乱層60は、封入構造体内で吸収されず可視光線に変換されるのを免れたUV放射線を、更に、散乱して蛍光体材料に戻すので、更にUV放射線の漏れが少なくなる。
【0021】
本発明の又別の実施形態では、散乱層は、内部にナノメーターサイズの気泡が形成されているモールド成形又は鋳造成形材料の層である。空気の屈折率(約1)はモールド成形又は鋳造成形材料の屈折率と比べて低いので、気泡と周囲のモールド成形又は鋳造成形材料の間の界面で、効果的な光線の反射が促進される。
【0022】
本発明の更に別の実施形態では、UV反射器は、視認方向でLEDの反対側、蛍光体層より遠くに配置されている多重層分散型ブラッグ反射器(DBR)70である。例えば、図5は、封入構造体30上に配置されているDBR70を示しており、封入構造体は、モールド成形又は鋳造成形材料22内に分散配置されている、蛍光体の粒子26と、少なくとも散乱材料の粒子28とを含んでいる。DBR70は、高屈折率を有する材料の層72と低屈折率を有する材料の層74を交互に奇数層重ねた積層、即ち一連の奇数交互積層である。図6は、DBR70を更に詳しく示している。高屈折率材料は、約1.5以上、望ましくは約1.7以上、更に望ましくは約2以上、最も望ましくは約2.3以上の屈折率を有する材料である。低屈折率材料は、約2以下、望ましくは約1.5以下、更に望ましくは約1.4以下、最も望ましくは約1.3以下の屈折率を有する材料である。上記表1に列挙されている材料は、DBRを製造するのに適している。誘電体且つ非吸収性材料であるのが好ましい。薄膜の2つの表面からの光線が組み合わされた反射は、薄膜の光学的厚さが、入射光の波長の4分の1と同じか、又は4分の1の偶数倍である場合に、最小となることは周知である。光学的厚さは、薄膜の物理的な厚さtと、透過光の波長で測定した薄膜の材料の屈折率nの積である。最も簡単な場合、光学的厚さは、入射光の波長の4分の1である。それは、一般的に4分の1波層と呼ばれている。DBR70の各層は、可視光線に対して4分の1波の光学的厚さ、例えば555nmの光の波長の4分の1の光学的厚さを有するのが望ましい。そのような薄膜は、人間の目に最も敏感な光の反射は最小とするが、別の波長を持つ光、特にUV光線をもっと反射することができる。従って、適当な材料を交互に配置した多重4分の1波層を有しているDBRは、対を成す層の間の界面でUV放射線をより多く反射できるようになっている。DBR70の層の数は、UV放射線漏れを最小とし可視光線の透過を最大にするよう最適化しなければならない。一般的に、少なくとも5層を備えているDBRであれば、UVの漏れ量は大幅に低減されることになる。しかし、状況次第で、DBRは5層より少なくてもよい。DBRは、奇数の層で構成するのが望ましい。DBRは、11以上の奇数の層で構成するのが更に望ましい。しかし、場合によっては偶数の層を使用してもよい。例えば、nHとnLが、それぞれ高屈折率と低屈折率とすれば、高屈折率の層の物理的厚さと、低屈折率の層の物理的厚さは、望ましくは、下記のようになる。
tH=(540nm)/(4nH)から(580nm)/(4nH)
tL=(540nm)/(4nL)から(580nm)/(4nL)
更に、光が、n1の屈折率を有する第1媒体から、n2の屈折率を有する隣接する第2媒体へ進むとき、入射光の界面に対する垂線と成す角度が、入射光が界面に当たる点で、式
sinθc=(n2/n1)
を満たす臨界角θcを超えれば、全反射が起こる。
【0023】
n2が減少すれば、臨界角が減少するので、媒体間の界面で反射される光が増す。従って、封入構造体の表面に隣接する第1の4分の1波層の屈折率が、モールド成形又は鋳造成形材料の屈折率より低いと、蛍光体粒子を含む層に向けて、より多くのUV放射線が反射し返されることになる。この層は、DBR用に選定された材料の内で最も低い屈折率を有する材料、例えばふっ化ナトリウムのような材料で作るのが望ましい。低い屈折率を有する別の層は、第1層の材料と同じ材料で構成してもよいし、異なる材料で構成してもよい。更に、2つ以上の高い屈折率材料と低い屈折率の材料を選定してもよい。
【0024】
図7に示す本発明の又別の実施形態では、封入構造体30に隣接するDBR70の表面100は、LED20に向いた複数のナノメーターサイズの突起110を有している。突起が無い状態では臨界角より小さい入射角でも、特定の突起110では臨界角より大きくなることがあるので、突起110が、DBR70と封入構造体30の間の界面104における反射を更に増大させる。突起110は、555nmの約4分の1の波長と等しい高さ又は幅のような特性寸法を有しているのが望ましい。突起は、高さと、基部の最大断面寸法が、波長の4分の1にほぼ等しい円錐、角錐又は半球形であるのが望ましい。
【0025】
本発明の或る態様では、多重層のDBRは、LEDを取り囲む封入構造体上に低屈折率の層と高屈折率の層を交互に堆積させることによって形成される。例えばふっ化ナトリウムのような、約1.05から約1.4の範囲の低屈折率nLを有する材料の第1層が、物理的真空蒸着、化学的真空蒸着又はスパッタリングによって、封入構造体上に、物理的な厚さtL=(λ/4nL)に堆積されるが、ここにλは透過させる光の波長である。λは、人間の目に最も敏感な光の波長、即ち555nmに選定される。次に、高屈折率nHを有する材料の層が、物理的真空蒸着、化学的真空蒸着又はスパッタリングによって、低屈折率を有する層の上に、物理的な厚さtH=(λ/4nH)に堆積される。次いで、必要な数の層が得られるまで、低屈折率を有する層と高屈折率を有する層が、交互に、先に形成されている層の上に連続して形成される。
【0026】
本発明の別の態様では、黄色光線の波長の4分の1の特性寸法を有する円錐、角錐又は半球形の窪みが、封入構造体の表面に形成されている。約1.05から約1.4の範囲の低屈折率nLを有する第1材料を、物理的真空蒸着、化学的真空蒸着又はスパッタリングによって、封入構造体上に堆積させて窪みを埋め、更に、物理的な厚さtL=(λ/4nL)を有する第1層を形成するが、ここにλは透過させる光の波長である。λは、人間の目に最も敏感な光の波長、即ち555nmになるよう選定される。次いで、上記のように、この層の上に、高屈折率を有する層と低屈折率を有する層が交互に順次形成される。完成したDBRをモールド成形又は鋳造成形材料の薄い層で覆い、DBRを保護するのがよい。
【0027】
代わりに、DBRを別に形成して、その後、完全な封入構造体が形成された後か、又はそれがLEDを覆って形成されているときに、封入構造体に取り付けてもよい。例えば、封入構造体の一部分を、先ず形成してもよい。次に、DBRを、未完成の封入構造体部分に固定する。最後に、封入構造体を完成させる。この様にして、DBRを封入構造体内に埋め込む。
【0028】
以上、様々な実施形態を説明してきたが、当業者であれば、本明細書を基に、各要素の多様な組合せ、変更、等価物又は改良物を作り出すことができ、それらは特許請求の範囲に定義する本発明の範囲内にあるものと理解頂きたい。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の第1実施形態を概略的に示しており、UV反射器は、蛍光体の粒子中に分散配置された複数のUV放射線散乱材料を備えている。
【図2】本発明の第2実施形態を概略的に示しており、UV反射器は、蛍光体の層の上に掛けられたUV放射線散乱材料の層である。
【図3】波長に対する、寸法4nmのコロイド状シリカの相対反射率を示している。
【図4】蛍光体と散乱材料の両方を備えた別の層の上に配置されているUV放射線散乱材料の層を備えているUV反射器付の、本発明のUVLEDベースの光源を概略的に示している。
【図5】多重層のUV反射器を有する本発明のUVLEDベースの光源を概略的に示している。
【図6】図5の多重層のUV反射器の詳細を示している。
【図7】本発明のUVLEDベースの光源に用いられる突起を有している多重層のUV反射器を概略的に示している。
Claims (63)
- 実質的に透明な材料内に分散配置されているUV放射線散乱材料の粒子を備えているUV反射器において、前記UV放射線散乱材料は、前記実質的に透明な材料の屈折率とは異なる屈折率を有しており、前記屈折率は、555nmの波長を有する光で測定されることを特徴とするUV反射器。
- 前記散乱材料は、テルル化鉛、セレン化鉛、硫化鉛、ゲルマニウム、リン化ガリウム、シリコン、ひ化インジウム、ひ化ガリウム、ひ化アルミニウム、ルチル、リン化ホウ素、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、テルル化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、方解石、炭化珪素、硫化カドミニウムランタン、チタン酸ストロンチウム、タリウムクロロブロマイド、ダイヤモンド、ファビュライト、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、酸化ゲルマニウム、塩化銀、酸化ハフニウム、ヨウ化リチウム、ジルコン、酸化イットリウム、一酸化シリコン、サファイア、ヨウ化セシウム、ランタンフリントガラス、臭化セシウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、重フリントガラス、三ふっ化ランタン、シリカ、ふっ化リチウム、ふっ化マグネシウム、ふっ化カリウム、ふっ化ナトリウム、及びそれらの混合物から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項1に記載のUV反射器。
- 前記UV放射線散乱材料の前記屈折率は、前記実質的に透明な材料の屈折率より小さいことを特徴とする、請求項1に記載のUV反射器。
- 前記UV放射線散乱材料は、ふっ化リチウム、ふっ化マグネシウム、ふっ化カリウム、ふっ化ナトリウム、及びそれらの混合物から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項3に記載のUV反射器。
- 前記UV放射線散乱材料は、その粒子集団の95%を上回る粒子が、前記実質的に透明な材料内のUV放射線の最大波長の約半分より小さい粒子直径を有しており、前記波長の約10分の1未満の平均粒子直径を有している粒状の誘電体材料であることを特徴とする、請求項1に記載のUV反射器。
- 少なくとも第1屈折率を有する材料と第2屈折率を有する材料を交互に積層させた複数の層を備えているUV反射器であって、前記第1屈折率は、前記第2屈折率より小さいことを特徴とするUV反射器。
- 前記第1屈折率は、入射光が前記UV反射器に衝突する前に通る媒体の屈折率より小さく、前記第2屈折率は、前記媒体の屈折率より大きいことを特徴とする、請求項6に記載のUV反射器。
- 前記第1屈折率は、約2より小さく、望ましくは約1.5より小さく、更に望ましくは約1.4より小さく、最も望ましくは約1.3より小さいことを特徴とする、請求項6に記載のUV反射器。
- 前記第1屈折率を有する前記材料は、ヨウ化リチウム、ジルコン、サファイア、ヨウ化セシウム、ランタンフリントガラス、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、重フリントガラス、シリカ、ふっ化リチウム、ふっ化マグネシウム、ふっ化カリウム、ふっ化ナトリウム、及びそれらの混合物から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項8に記載のUV反射器。
- 前記第2屈折率は、約1.5より大きく、望ましくは約1.7より大きく、更に望ましくは約2より大きく、最も望ましくは約2.3より大きいことを特徴とする、請求項6に記載のUV反射器。
- 前記第2屈折率を有する前記材料は、テルル化鉛、セレン化鉛、硫化鉛、ゲルマニウム、リン化ガリウム、シリコン、ひ化インジウム、ひ化ガリウム、ひ化アルミニウム、ルチル、リン化ホウ素、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、テルル化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、方解石、炭化珪素、硫化カドミニウムランタン、チタン酸ストロンチウム、タリウムクロロブロマイド、ダイヤモンド、ファビュライト、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、ニオブ化リチウム、ニオブ化カリウム、酸化ゲルマニウム、塩化銀、酸化ハフニウム、ヨウ素酸リチウム、ジルコン、酸化イットリウム、一酸化シリコン、サファイア、ヨウ化セシウム、ランタンフリントガラス、臭化セシウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、重フリントガラス、及びそれらの混合物から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項10に記載のUV反射器。
- 前記複数の層の第1層は、前記第1屈折率を有する材料を備えており、前記第1層は、UVから可視のスペクトルの波長を有する入射光を受け取ることを特徴とする、請求項6に記載のUV反射器。
- 前記第1屈折率より小さい第3屈折率を有する材料の追加層を更に備えており、前記追加層は、前記第1層に取り付けられ、前記入射光を受け取ることを特徴とする、請求項12に記載のUV反射器。
- 前記複数の層は、それぞれ、約540k/(4n)から約580k/(4n)までの範囲の物理的厚さを有しており、kは1と正の偶数から成るグループから選択される正の整数であり、nは555nmの光の波長で測定した前記層の材料の屈折率であることを特徴とする、請求項12に記載のUV反射器。
- 前記複数の層は、奇数の層を含んでいることを特徴とする、請求項14に記載のUV反射器。
- 前記奇数の層の数は5以上であることを特徴とする、請求項15に記載のUV反射器。
- 前記奇数の層の数は望ましくは11以上であることを特徴とする、請求項15に記載のUV反射器。
- 入射光が衝突する前記UV反射器の表面に形成されている複数の突起を更に備えていることを特徴とする、請求項12に記載のUV反射器。
- 前記突起は前記第1層と同じ材料で作られていることを特徴とする、請求項18に記載のUV反射器。
- 前記突起は、円錐、角錐及び半球形から成るグループから選択される形状を有していることを特徴とする、請求項19に記載のUV反射器。
- 前記突起は、約540k/(4n)から約580k/(4n)までの範囲の最大寸法を有しており、kは1と正の偶数から成るグループから選択される正の整数であり、nは555nmの光の波長で測定した前記突起の材料の屈折率であることを特徴とする、請求項18に記載のUV反射器。
- 前記最大寸法は前記突起の高さであることを特徴とする、請求項21に記載のUV反射器。
- 前記最大寸法は前記突起の基部の最大断面寸法であることを特徴とする、請求項21に記載のUV反射器。
- 前記入射光が衝突する前記追加層の表面に形成された複数の突起を更に備えていることを特徴とする、請求項13に記載のUV反射器。
- 前記突起は前記追加層と同じ材料で作られていることを特徴とする、請求項24に記載のUV反射器。
- 前記突起は円錐、角錐及び半球形から成るグループから選択される形状を有していることを特徴とする、請求項25に記載のUV反射器。
- 前記突起は、約540k/(4n)から約580k/(4n)までの範囲の最大寸法を有しており、kは1と正の偶数から成るグループから選択される正の整数であり、nは555nmの光の波長で測定した前記突起の材料の屈折率であることを特徴とする、請求項24に記載のUV反射器。
- 前記最大寸法は前記突起の高さであることを特徴とする、請求項27に記載のUV反射器。
- 前記最大寸法は前記突起の基部の最大断面寸法であることを特徴とする、請求項27に記載のUV反射器。
- 少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源において、
UV放射線を放出するLEDと、
実質的に透明なモールド成形又は鋳造成形材料から成る、前記LEDを覆う成形構造体と、
前記UV放射線を受け取り、前記UV放射線を可視光線に変換するように配置されている、前記UV放射線で励起される少なくとも1つの蛍光体の粒子と、
前記蛍光体の前記粒子の間に配置されている少なくとも1つのUV放射線散乱材料の粒子と、を備えており、
前記蛍光体の前記粒子と前記散乱材料の前記粒子は、前記モールド成形又は鋳造成形材料の少なくとも一部に分散配置され、前記LEDの近傍に配置されていることを特徴とする光源。 - 前記UV放射線散乱材料は、前記モールド成形又は鋳造成形材料の屈折率とは異なる屈折率を有しており、前記屈折率は570nmの波長を有する光で測定されていることを特徴とする、請求項30に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記散乱材料は、テルル化鉛、セレン化鉛、硫化鉛、ゲルマニウム、リン化ガリウム、シリコン、ひ化インジウム、ひ化ガリウム、ひ化アルミニウム、ルチル、リン化ホウ素、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、テルル化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、方解石、炭化珪素、硫化カドミニウムランタン、チタン酸ストロンチウム、タリウムクロロブロマイド、ダイヤモンド、ファビュライト、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、ニオブ化リチウム、ニオブ化カリウム、酸化ゲルマニウム、塩化銀、酸化ハフニウム、ヨウ化リチウム、ジルコン、酸化イットリウム、一酸化シリコン、サファイア、ヨウ化セシウム、ランタンフリントガラス、臭化セシウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、重フリントガラス、三ふっ化ランタン、シリカ、ふっ化リチウム、ふっ化マグネシウム、ふっ化カリウム、ふっ化ナトリウム、及びそれらの混合物から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項31に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記UV放射線散乱材料の前記屈折率は、前記実質的に透明なモールド成形又は鋳造成形材料の屈折率より小さいことを特徴とする、請求項31に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記UV放射線散乱材料は、ふっ化リチウム、ふっ化マグネシウム、ふっ化カリウム、ふっ化ナトリウム、及びそれらの混合物から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項33に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記UV放射線散乱材料は、その粒子集団の95%を上回る粒子が、前記実質的に透明なモールド成形又は鋳造成形材料内のUV放射線の最大波長の約半分より小さい粒子直径を有しており、前記波長の約10分の1より小さい平均粒子直径を有していることを特徴とする、請求項31に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 実質的に透明なモールド成形又は鋳造成形材料内に分散配置された粒状のUV放射線散乱材料を含んでいる追加層を更に備えており、前記追加層は、前記成形構造体上の観察者の方向に配置されていることを特徴とする、請求項30に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源において、
UV放射線を放出するLEDと、
実質的に透明なモールド成形又は鋳造成形材料から成る、前記LEDを覆う成形構造体と、
前記UV放射線を受け取り、前記UV放射線を可視光線に変換するように配置されている、前記UV放射線で励起される少なくとも1つの蛍光体の粒子と、
前記実質的に透明なモールド成形又は鋳造成形材料内の前記蛍光体の前記粒子の間に形成されている、ナノメーターサイズの複数の気泡と、を備えており、
前記蛍光体の前記粒子と前記気泡は、前記モールド成形又は鋳造成形材料の少なくとも一部に分散配置され、前記LED近傍に配置されていることを特徴とする光源。 - 少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源において、
UV放射線を放出するLEDと、
実質的に透明なモールド成形又は鋳造成形材料から成る、前記LEDを覆う成形構造体と、
前記UV放射線を受け取り、前記UV放射線を可視光線に変換するように前記LEDの近傍に配置されており、前記モールド成形又は鋳造成形材料の一部に分散配置されている、前記UV放射線で励起される少なくとも1つの蛍光体の粒子と、
少なくとも第1屈折率を有する材料と第2屈折率を有する材料を交互に積層した複数の層を備えたUV反射器であって、前記第1屈折率は前記第2屈折率より小さく、前記UV反射器は、前記成形構造体上の観察者の方向に配置されており、前記複数の層の第1層が、前記成形構造体に隣接して配置されているUV反射器と、を備えていることを特徴とする光源。 - 前記第1屈折率は、前記モールド成形又は鋳造成形材料の屈折率より小さく、前記第2屈折率は、前記モールド成形又は鋳造成形材料の屈折率より大きいことを特徴とする、請求項38に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記第1屈折率は、望ましくは約1.5より小さく、更に望ましくは約1.4より小さく、最も望ましくは約1.3より小さく、前記第2屈折率は、望ましくは約1.7より大きく、更に望ましくは約2より大きく、最も望ましくは約2.3より大きいことを特徴とする、請求項38に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記第1屈折率を有する前記材料は、ヨウ化リチウム、ジルコン、サファイア、ヨウ化セシウム、ランタンフリントガラス、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、重フリントガラス、シリカ、ふっ化リチウム、ふっ化マグネシウム、ふっ化カリウム、ふっ化ナトリウム、及びそれらの混合物から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項38に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記第2屈折率を有する前記材料は、テルル化鉛、セレン化鉛、硫化鉛、ゲルマニウム、リン化ガリウム、シリコン、ひ化インジウム、ひ化ガリウム、ひ化アルミニウム、ルチル、リン化ホウ素、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、テルル化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、方解石、炭化珪素、硫化カドミニウムランタン、チタン酸ストロンチウム、タリウムクロロブロマイド、ダイヤモンド、ファビュライト、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、ニオブ化リチウム、ニオブ化カリウム、酸化ゲルマニウム、塩化銀、酸化ハフニウム、ヨウ化リチウム、ジルコン、酸化イットリウム、一酸化シリコン、サファイア、ヨウ化セシウム、ランタンフリントガラス、臭化セシウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、重フリントガラス、及びそれらの混合物から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項38に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記複数の層の前記第1層は、前記第1屈折率を有する材料を備えており、前記第1層は、前記成形構造体を通る入射光を受け取ることを特徴とする、請求項38に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記UV反射器は、前記第1屈折率より小さい第3屈折率を有する材料の追加層を更に備えており、前記追加層は、前記第1層に取り付けられ、前記入射光を受け取ることを特徴とする、請求項38に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記複数の層は、それぞれ、約540k/(4n)から約580k/(4n)までの範囲の物理的厚さを有しており、kは1と正の偶数から成るグループから選択される正の整数であり、nは555nmの光の波長で測定される前記層の材料の屈折率であることを特徴とする、請求項43に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記複数の層は奇数の層を含んでいることを特徴とする、請求項43に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記奇数の層の数は、5以上であることを特徴とする、請求項43に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記奇数の層の数は、11以上であることを特徴とする、請求項43に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記UV反射器は、前記成形構造体を通る入射光が衝突する前記UV反射器の表面に形成されている複数の突起を更に備えていることを特徴とする、請求項43に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記突起は前記第1層と同じ材料で作られていることを特徴とする、請求項43に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記突起は、円錐、角錐及び半球形から成るブループから選択される形状を有していることを特徴とする、請求項50に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記突起は、約540k/(4n)から約580k/(4n)までの範囲の最大寸法を有しており、kは1と正の偶数から成るグループから選択される正の整数であり、nは555nmの光の波長で測定された前記突起の材料の屈折率であることを特徴とする、請求項49に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記最大寸法は前記突起の高さであることを特徴とする、請求項52に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記最大寸法は前記突起の基部の最大断面の寸法であることを特徴とする、請求項52に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記入射光が衝突する前記追加層の表面上に形成されている複数の突起を更に備えていることを特徴とする、請求項44に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記突起は前記追加層と同じ材料で作られていることを特徴とする、請求項55に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記突起は、円錐、角錐及び半球形から成るブループから選択される形状を有していることを特徴とする、請求項56に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記突起は、約540k/(4n)から約580k/(4n)までの範囲の最大寸法を有しており、kは1と正の偶数から成るグループから選択される正の整数であり、nは555nmの光の波長で測定された前記突起の材料の屈折率であることを特徴とする、請求項55に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記最大寸法は前記突起の高さであることを特徴とする、請求項58に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記最大寸法は前記突起の基部の最大断面寸法であることを特徴とする、請求項58に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 前記蛍光体の前記粒子の間に分散配置されているUV放射線散乱材料の粒子を更に備えており、前記UV放射線散乱材料と前記蛍光体の前記粒子は、前記モールド成形又は鋳造成形材料の一部に分散配置されていることを特徴とする、請求項38に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
- 少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源において、
UV放射線を放出するLEDと、
実質的に透明なモールド成形又は鋳造成形材料から成る、前記LEDを覆う成形構造体と、
前記UV放射線を受け取り、前記UV放射線を可視光線に変換するように前記LED近傍に配置されている、前記UV放射線で励起される少なくとも1つの蛍光体の粒子と、
前記蛍光体の前記粒子の間に配置されている少なくとも1つのUV放射線散乱材料の粒子であって、前記蛍光体の前記粒子と前記UV放射線散乱材料の前記粒子は、前記モールド成形又は鋳造成形材料の一部に分散配置されるよう構成されている散乱材料の粒子と、
UV反射器と、を備えており、
前記UV反射器は、
少なくとも第1屈折率を有する材料と前記第1屈折率より大きな第2屈折率を有する材料を交互に積層した複数の層と、
前記UV反射器の表面上に前記成形構造体に隣接して形成されている複数の突起と、を備えており、
前記UV反射器は、前記成形構造体上の観察者の方向に配置されていることを特徴とする光源。 - 前記UV放射線散乱材料は、前記モールド成形又は鋳造成形材料の屈折率とは異なる屈折率を有しており、
前記UV放射線散乱材料は、テルル化鉛、セレン化鉛、硫化鉛、ゲルマニウム、リン化ガリウム、シリコン、ひ化インジウム、ひ化ガリウム、ひ化アルミニウム、ルチル、リン化ホウ素、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、テルル化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、方解石、炭化珪素、硫化カドミニウムランタン、チタン酸ストロンチウム、タリウムクロロブロマイド、ダイヤモンド、ファビュライト、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、ニオブ化リチウム、ニオブ化カリウム、酸化ゲルマニウム、塩化銀、酸化ハフニウム、ヨウ化リチウム、ジルコン、酸化イットリウム、一酸化シリコン、サファイア、ヨウ化セシウム、ランタンフリントガラス、臭化セシウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化マグネシウム、重フリントガラス、三ふっ化ランタン、シリカ、ふっ化リチウム、ふっ化マグネシウム、ふっ化カリウム、ふっ化ナトリウム、及びそれらの混合物から成るグループから選択され、
前記UV放射線散乱粒子の95%を上回る粒子は、前記実質的に透明な材料を通るUV放射線の最大波長の約半分より小さい粒子直径を有しており、前記UV放射線散乱粒子は、前記波長の約10分の1より小さい平均粒子直径を有しており、
前記UV反射器の前記第1屈折率は約1.5より小さく、前記UV反射器の前記第2屈折率は約1.7より大きく、
前記複数層は奇数の層であり、前記層は、それぞれ、約540k/(4n)から約580k/(4n)までの範囲の物理的厚さを有しており、kは1と正の偶数から成るグループから選択される正の整数であり、nは555nmの光の波長で測定された前記層の材料の屈折率であり、
前記成形構造体に隣接して配置されている前記複数層の第1層は、前記第1屈折率を有しており、
前記複数の突起は、円錐、角錐及び半球形から成るグループから選択された形状を有しており、前記突起は、約540k/(4n)から約580k/(4n)までの範囲の最大寸法を有しており、kは1と正の偶数から成るグループから選択される正の整数であり、nは前記突起の材料の屈折率であり、前記最大寸法は、前記突起の高さと基部の最大断面の寸法から成るグループから選択されることを特徴とする、請求項62に記載の少なくとも1つのUVLEDをベースにした光源。
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