JP2006114909A - フラッシュ・モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＲＩが高い白色光を実現可能なフラッシュ・モジュールを提供する。
【解決手段】フラッシュ・モジュールは、第１の一次光を放射し、第１の波長変換オーバーレイ（１０２）を有し、第１の波長変換オーバーレイ（１０２）は、マトリクス材（１２２）と、マトリクス材（１２２）中に分散させた第１の複数の量子ドット（１１４、１１６、１１８）を備えた第１の光源（２０４）と、第２の色の光を発する第２の光源と、を備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明はフラッシュ・モジュールに関するものであり、より具体的には白色光を作るフラッシュ・モジュールに関する。

光は撮像する為に必要不可欠なものであり、光の性質は結果として得られる画像の質に影響する。例えば、撮像に用いられる光源の色は画像の色相に影響する。光源の色は、その色温度と演色評価数（ＣＲＩ）により特徴付けられる場合が多い。色温度とは、光源が提供する光を所定温度において黒体放射源が放射する光に対する比較で示したものである。例えば、１００ワットの白熱電球は約２，８７０Ｋ（ケルビン）の色温度を持っているが、これは白熱電球が放射する光が、黒体が２，８７０Ｋに熱された場合とほぼ同じ色（一般に黄色がかった白色）であることを意味する。

色温度は、写真撮影において正しい種類のフィルムを決定する上で、そして撮像アプリケーション向けに適正な光源を指定する上で有用である。例えば昼光用フィルムは、昼光又はストロボ光のように５，５００Ｋの色温度を持つ光源と共に用いられるように色バランスが考えられている（例えば、画像中の被写体の色を正確に再生するようになっている）。タングステンフィルムは、しばしば「温かさ」を描写するオレンジ色光である３，２００Ｋの色温度を持つ光源と共に用いられるように色バランスが考えられている。ステージの照明、食べ物撮影用の照明及び家庭の照明は代表的な温かい光源と言える。このような光源が、昼光用フィルムで撮像される被写体の照明に用いられた場合、その画像はオレンジ色がかった色合いになることが多い。同様に、タングステンフィルムがストロボ光もしくは昼光で照明されている被写体の撮像に用いられた場合、その画像は青みがかった色合いとなる。

しかしながら、同じ色温度の光源でも放射する光の品質には大きなばらつきが生じ得る。ある光源は連続スペクトルを持つものである一方で、他の光源はそのスペクトル中のわずかな狭い帯域の光しか放射しないものであったとしても、これらは両方とも同じ色温度を持ち得るのである。光源の品質を判定する上で有用なのはＣＲＩである。ＣＲＩ値を判定するには、観測者が評価する光源の下、及びそれと同じ色温度を持つ黒体源（白熱灯等）の光の下で８つの標準パステルカラーを見る。簡単に説明すると、ＣＲＩの計算は、観測者達が２つの光の下で見た色の見え方の異なる範囲の推定値を平均化することにより行われる。ＣＲＩは、同じ色温度を持つ２つの光源を比較する場合にのみ用いることが出来る。これは、同じ色の光を放射する光源間での品質を特徴付けるものとして機能している。ＣＲＩの最高値は１００である。

ストロボ管は、フィルム上へと撮像する場合、又はディジタル撮像デバイスを利用する場合の被写体の照明用に１９５０年代からカメラマン達に使われてきた。代表的なストロボ管にはキセノン等の気体、又は複数気体の組み合わせが用いられており、管の中には両端に電極、そして中間には金属製トリガプレートがある。その電極に電圧が印加されてストロボ管中の気体が電離する。電子は電離した気体中を流れ、気体イオンを励起して可視光を放射させる。放射された光は一般に、気体中の原子遷移レベルに対応した非常に狭い波長帯域にある。したがってストロボ管から放射された光は基本的に固定されたものである。

ＬＥＤは、その中を電流が流れた場合に光を放射することが出来る半導体デバイスである。ＬＥＤは、電子ディスプレイ、交通信号及びビデオ信号等の多くのアプリケーションに使われている。ＬＥＤは単色光を放射する。基本的に単色光源の光出力を特性付ける一手法として、放射光の半値全幅（ＦＷＨＭ）値によるものがある。ＦＷＨＭとは、最高（ピーク）放射の２分の１のところで測ったスペクトル幅である。ＬＥＤが放射する光のＦＷＨＭは、代表的には約２０〜５０ｎｍという狭い範囲に入る。一部のアプリケーションにおいては、ＦＷＨＭの幅を広げ、放射光のピーク波長をシフトする為にＬＥＤに燐光体が使用されている。

カメラ、ディジタル・カメラ、及び携帯電話やＰＤＡ等のカメラを含むデバイスに用いられているようなＬＥＤフラッシュ・モジュールは、白色光フラッシュを作る為に燐光体変換型ＬＥＤを使っている。ＬＥＤフラッシュ・モジュールは一般に、１つ以上の青色ＬＥＤ（第一次放射源）と、この青色ＬＥＤ上に形成した燐光体（第二次放射源）とを有している。フラッシュ光のスペクトル成分は、燐光体の第二次放射とＬＥＤの第一次放射により決定する。これらの技術を使うことにより、フラッシュ・モジュールは約３，５００Ｋ〜８，５００Ｋの範囲の色温度を得ている。しかしながら、ＣＲＩは通常、約６５しかない。そのため、より高いＣＲＩの白色光を提供するＬＥＤフラッシュ・モジュールが望まれているのである。

第一次光を放射する第１の光源を有するフラッシュ・モジュールは、第１の色の光を提供する為に第１の光源の上に配置された第１の波長変換オーバーレイを有している。第１の波長変換オーバーレイは、マトリクス材料中に分散させた第１の複数の量子ドットを有する。フラッシュ・モジュールは更に、第２の色の光を提供する第２の光源をも有する。

図１Ａは、本発明の実施例に使用される波長変換オーバーレイ１０２を含む発光デバイス１００の側面図である。発光デバイスは、基板１０６、担体又はヘッダ上に搭載されたＬＥＤチップ等の光源１０４を備える。代わりに半導体垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の他のタイプの光源を利用することも出来る。光源１０４は第１の電気接触パッド１０８にはんだ付け、又は他の方法（ダイアタッチ）により取り付けられている。ワイヤボンド１１０は光源１０４の電極（図示せず）を第二の電気接触パッド１１２に接続する。つまり、光源１０４の電極と第２の電気接触パッド１１２とをワイヤボンド１１０によって電気的に接続する。電気接触パッド１０８、１１２は、一部の実施例においては可変電流供給源である電源へと接続されている。

光源１０４は、比較的に狭い範囲の光を放射するＬＥＤ（図示せず）を有する。一部の実施例においては、ＬＥＤは中心波長が４５０ｎｍ未満の青色ＬＥＤである。他の実施例においては、ＬＥＤは４００ｎｍ未満の中心波長を持っており、更に他の実施例ではＬＥＤは紫外線（ＵＶ）ＬＥＤである。一次放射の中心波長は、これがＬＥＤデバイス１００の波長変換オーバーレイ１０２中の量子ドット１１４、１１６、１１８を励起させるように選択されるもので、量子ドット用に選択される材料に依存する。図示した量子ドットのサイズは説明目的の為に大きく描かれている。

波長変換オーバーレイ１０２は、マトリクス材１２２中に分散させた複数の量子ドット１１４、１１６、１１８を有している。好適なマトリクス材とは一般に、ＬＥＤが放射する光の波長、及び量子ドット１１４、１１６、１１８が放射する光の波長に対して透明なものである。マトリクス材としては例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、ゾル・ゲル、ＵＶ硬化性樹脂及びエポキシ等の熱硬化性樹脂が挙げられる。波長変換オーバーレイ１０２は、光源１０４上にフィルム・コーティング、キャスティング、ドローイング、モールディング又は他の手法により設けられる。一部の実施例においては、マトリクス材との親和性を強化する為、及び／又は、マトリクス材における量子ドットの集塊、即ち凝集を阻止する為、及び／又は、量子ドットを安定化させる為、及び／又は二次放射を向上させる為に、量子ドットの一部又は全てが、ある材料によりコーティングされている。

量子ドットへのコーティング材としては、有機キャップ、シェル、又は二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）ナノ粒子等のガラス材から成るキャップ、を用いることが出来る。有機キャップはＡｇ₂Ｓ及びＣｄ（ＯＨ）₂（Ｃｄ²⁺は高いｐＨにおいて選択的に不動態化する）を用いて量子ドット上に形成することが出来る。次に有機色素を付着させて量子ドットの表面を不動態化することにより量子ドットの表面改質が施される。一例として、ＣｄＳｅ界面活性剤は不安定であり、これをＳｅ⁺及びＣｄ²⁺の順次塗布で置き換え、これによりシード（元の量子ドット）を大きくすることが出来る。Ｃｄ²⁺が多量に含まれる表面の場合、これをＰｈ−Ｓｅ^-で処理することが出来、有機コーティングが表面に共有結合する。このように分子粒子を孤立させることを、「キャップする」と言う。既知の分子キャップ・タイプとしては、ミッシェル液、硫黄ベースの硫黄終端（ｓｕｌｐｈｅｒ−ｂａｓｅｄ ｔｈｉｏ−ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｓ）、リン酸終端（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ−ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｓ）、ピリジンやピラジン等の窒素終端（ｎｉｔｒｏｇｅｎ−ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｓ）、複鎖リガンドから成るデンドロン・キャップが挙げられる。

シェルとは、内部コア材（量子ドット）上のコーティングである。一般に、シェルを構成するコーティング材は酸化物又は硫化物ベースである。シェル／コア材の例としては、ＴｉＯ₂／ＣｄＳ、ＺｎＯ／ＣｄＳｅ、ＺｎＳ／ＣｄＳ及びＳｎＯ₂／ＣｄＳｅである。ＣｄＳｅコア材は更にＺｎＳ、ＺｎＳｅ又はＣｄＳでもコーティングすることが出来、そうすることによりＣｄＳｅの光変換効率は大幅に改善される。

量子ドット１１４、１１６、１１８は、一般的にはナノメートル単位であり、非常に小さく、例えばセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、リン化カドミウム（ＣｄＰｏ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、リン化亜鉛（ＺｎＰｏ）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）、テルル化マグネシウム（ＭｇＴｅ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、テルル化鉛（ＰｂＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）、硫化セレン化カドミウム（Ｃｄ（Ｓ_1-xＳｅ_x））といった無機結晶材料、又はＢａＴｉＯ₃、ＰｂＺｒＯ₃、ＰｂＺｒ_zＴｉ_1-zＯ₃、Ｂａ_xＳｒ_1-xＴｉＯ₃、ＬａＭｎＯ₃、ＣａＭｎＯ₃、又はＬａ_1-xＣａ_xＭｎＯ₃といった金属酸化物群から成るものである。例えばＣｄＳｅの量子ドットは代表的には約１．９ｎｍ（約４６５ｎｍ±１０ｎｍの光を放射する）〜約６．７ｎｍ（約６４０ｎｍ±１０ｎｍの光を放射する）である。量子ドットの二次放射波長はその組成とサイズに依存する。

通常、量子ドットは、好適に照明された場合に量子ドットの集合体が単一色を放射するように、大きさを注意深く調整されている。量子ドットの狭い放射帯域幅は、強い特性色を提供することから従来の用途にあっては望ましいのである。スペクトルの可視領域での放射を生じる量子ドット（コアシェルタイプの量子ドットを含む）はＥｖｉｄｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（ニューヨーク州トロイ）から販売されている。

しかしながら、波長変換オーバーレイ１０２中の量子ドット１１４、１１６、１１８は、発光デバイス１００からの放射が広帯域となるように、異なる二次放射波長を持つものが選択されている。一部の実施例においては、量子ドットを従来の燐光体材料と組み合わせて波長変換オーバーレイ中に設けることにより、デバイスの出力スペクトルにおける欠落、もしくは低下した部分の光出力を増大している。他の実施例においては、量子ドットを従来の燐光体材料と組み合わせて波長変換オーバーレイ中に設けることにより、ＬＥＤの波長範囲が拡張されている（例えば従来の赤色放射燐光体に可能な波長を超えて波長を拡張した赤色ＬＥＤ等）。更に他の実施例においては、従来の燐光体がうまく作用しなかった領域へとＬＥＤ出力を拡張する為の量子ドット分布が採用されているが、これは例えば青色放射量子ドットを青色発光ＬＥＤと共に使うことにより放射波長を拡張しているのである。このようなデバイスは、これまで弱かった、又は抜けていた色を提供し、組み合わせた赤色・緑色・青色ＬＥＤデバイスのスペクトルを根本的に充填するものであることから、良好なＣＲＩが所望される場合に有用である。量子ドットはしばしば、特定の特性色を得る為にサイズを調整されているが、本発明の実施例においては、サイズの分布を量子ドットからの光出力の幅を広げる為に利用しているのである。

一実施例においては、量子ドットは同じ材料から成るが、しかしこれらは異なるサイズに作られている。全ての量子ドットが同じ波長の光により励起することが出来るように同じ材料から異なるサイズの量子ドットを製作することが望ましく、また、ＬＥＤの一次放射波長は波長変換オーバーレイ中の量子ドットを励起するように選択されている。

波長変換オーバーレイ１０２はオプションとして、マトリクス１２２中に分散させた従来の燐光体粒子１２４、１２６を含んでいるものであっても良い。従来の燐光体粒子は、異なる（多くの場合にはより短い）波長を持つ光により照射（励起）された場合に光を放射する光輝性材料で構成する。青色光で励起する赤色放射燐光体の例としては；ＣａＳ：Ｅｕ²⁺、Ｍｎ²⁺（６５０ｎｍ）；ＳｒＳ：Ｅｕ²⁺（６１０ｎｍ）；（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ⁺（６００ｎｍ）；Ｍｇ₄ＧｅＯ_5.5：Ｍｎ⁴⁺（６５０ｎｍ）；及びＺｎＳｅ：Ｃｕ、Ｃｌ（６２０〜６３０ｎｍ）が挙げられる。青色光で励起する橙色放射燐光体の例としてはＺｎＳｅＳ：Ｃｕ、Ｃｌ（５９０〜６００ｎｍ）が挙げられる。青色光で励起する黄緑色放射燐光体の例としては、ＣａＳ：Ｃｅ³⁺（５２０〜５８０ｎｍ）が挙げられる。青色光で励起する緑色放射燐光体の例としては；ＺｎＳ：Ｃｕ⁺（５５０ｎｍ）；ＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ²⁺（５３５ｎｍ）；イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）：Ｃｅ³⁺（５５０ｎｍ）；及びＢａＳｒＧａ₄Ｓ₇：Ｅｕ（５４０ｎｍ）が挙げられる。ＵＶ光（約３６５〜４２０ｎｍ）で励起する青色放射燐光体の例としては、ＢａＡｌ₁₆Ｍｇ₂Ｏ₂₇（ＢＡＭ）（４５０ｎｍ）が挙げられる。ＵＶ光で励起する緑色放射燐光体の例としては、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ（５４０ｎｍ）が挙げられる。ＵＶ光で励起する赤色放射燐光体の例としては；Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（６２８ｎｍ）；及びＭｇ₄ＧｅＯ_5.5Ｆ：Ｍｎ（６５０ｎｍ）が挙げられる。

燐光体粒子１２４、１２６の直径は代表的には約１ミクロン〜８０ミクロン、より一般的には約５〜３０ミクロンである。非量子燐光体はシリカコーティングを施した燐光体粒子であっても、施していないものであっても良い。燐光体粒子にシリカコーティングを施した場合、燐光体粒子をマトリクス材と混合した際の燐光体粒子のクラスタ化、即ち凝集を低減することが出来る。燐光体粒子がクラスタ化、即ち凝集してしまうと、不均一な色分布を持つ発光デバイスとなってしまう可能性がある。

ある実施例においては、青色ＬＥＤが従来の燐光体の励起に用いられており、ＵＶ−ＬＥＤが量子ドットの励起に用いられている。一部の実施例においては、ＵＶ−ＬＥＤは、従来の燐光体を有する１つ以上の青色ＬＥＤの波長を埋める、及び／又は拡張する量子ドットを有する波長変換オーバーレイである。例えばフラッシュ・モジュールは、６００ｎｍ〜６５０ｎｍ範囲の光を放射する赤色ＬＥＤを有するものが望ましい。これは、例えば各々が５０ｎｍよりも大きい半値全幅を持ち、一方が６３０ｎｍに放射のピーク波長を持ち、他方が６１０ｎｍに放射のピーク波長を持つ２つの従来の燐光体を組み合わせることにより可能である。しかしながら、従来の燐光体では放射をスペクトルの濃い赤部分へと伸ばすことは困難である。赤色ＬＥＤの放射に濃い赤の成分を提供する為に、つまりスペクトルの濃い赤部分へと伸ばす為に、材料及びサイズを選択した量子ドットが用いられる。代わりに、６５０ｎｍを超える波長で放射する量子ドットを、赤色放射燐光体を有する波長変換ＬＥＤデバイスと共に作動するＵＶ−ＬＥＤ上のオーバーレイに含ませても良い。

他の例では、青色ＬＥＤを使ってより広い青色放射を得る為に量子ドットが用いられる。昼光の色温度である６，５００Ｋ程度の色温度においては、必要となる青色光は相対的に少ない。赤：緑：青色ＬＥＤを用いたフラッシュ・モジュールにおいては、約６，５００Ｋの色温度を得る為に３：６：１の割合が採用されている。即ち、緑色ＬＥＤのピーク出力パワーが任意単位６、赤色ＬＥＤのピーク出力パワーが任意単位３、及び青色ＬＥＤのピーク出力パワーが任意単位１である。青色光を作ることは容易であるが、その場合はごく狭い帯域幅となり、これが特にいずれかの色温度においてフラッシュ・モジュールが到達し得るＣＲＩに影響を与えるのである。つまりＣＲＩの限界値を低くする。

青色ＬＥＤにより励起される赤色燐光体を例に挙げると、６１０ｎｍのピーク波長を持つ第１の燐光体と６３０ｎｍのピーク波長を持つ第２の燐光体とを含む波長変換オーバーレイの場合、量子ドットを使うことで放射スペクトルの長波長側の端を底上げする、及び／又は拡張することが出来る。例えば、５０ｎｍのＦＷＨＭの場合、６５５ｎｍ（６３０ｎｍ＋１／２ＦＷＨＭ）の放射強度は６３０ｎｍの強度の１／２である。６５５ｎｍ以上の波長を放射する量子ドットを加えることにより長波長側の放射が底上げされ、一部の色温度においてより優良なＣＲＩを得ることになる。一実施例においては、例えば６４０、６６０及び６８０ｎｍの放射ピーク波長を持つ量子ドット等、個別サイズにグループ化した量子ドットが利用されている。

他の実施例においては、量子ドットは例えば約４．０ｎｍ〜４．８ｎｍ等で基本的に連続的なサイズ分布を持っている。ある実施例においては、サイズ分布はスペクトルに応じて部分的な高低を付けるように選択されており、例えば量子ドットからの放射が燐光体からの放射とかぶる領域では小さく、従来の燐光体からの放射とのかぶりが小さい、又は無い領域では大きくなっている。一部の実施例においては、サイズ分布が、異なるサイズの量子ドットにおける量子収量（変換効率）のばらつきを考慮して選択されている。他の実施例においては、複数の量子ドットは、各々がＬＥＤからの光の一次波長によって励起する異なる材料から成る量子ドットである。更に他の実施例においては、量子ドットのサイズ及び材料の両方が、１つの波長変換オーバーレイ中で変化している。つまり、サイズ及び材料の両方が異なる量子ドットを１つの波長変換オーバーレイに有する。

ミクロン単位の様々な粒子サイズについて基本的に一定である従来の燐光体吸収スペクトルと異なり、１つの特定材料から成る量子ドットの吸収スペクトルは粒子サイズにより変化する。一部のケースにおいては、大型（例えば赤色放射）量子ドットはより小さな（例えば青色放射）量子ドットから放射された光を吸収することから、青色及び赤色放射量子ドットの両方を波長変換オーバーレイ中に含むＬＥＤからは青色出力が低減されることになる。よってフラッシュライト又は他の白色光の用途に用いる為に赤色、緑色、青色、又は他色のＬＥＤデバイスを設計する上で、量子ドットをその吸収された光のスペクトルと同一の部分において放射する燐光体と組み合わせることが望ましいのである。

一実施例においては、ＬＥＤはスペクトルの可視領域にある光を放射し、波長変換オーバーレイ１０２はＬＥＤからの光の一部が、ＬＥＤデバイス１００の全体的な放射スペクトルへと寄与するようになっている。つまり、ＬＥＤからの光と波長変換オーバーレイ１０２との光によってＬＥＤデバイス１００の光が構成される。

他の実施例においては、波長変換オーバーレイ１０２は基本的に完全にＬＥＤを覆っており、感知し得る量の光が波長変換オーバーレイを通過することは出来ない。一部の実施例においては、ＬＥＤは完全に覆われてはおらず、元の放射（例えば青色ＬＥＤからの青色光）の一部が波長変換されたＬＥＤの全体の総合放射に含まれるようになっている。更に他の実施例においては、ＬＥＤは人の目に見える範囲の外にあるＵＶ光を放射するＵＶ−ＬＥＤである。この場合、元のＵＶ放射はＬＥＤデバイス１００の可視放射スペクトルに寄与しないものであり、また、変換されていないＵＶ光は有害でもある為、一般には全てのＵＶ一次放射は二次放射へと変換されることが望ましい。

ＵＶ光は広い範囲の量子ドット材を励起するに十分な短い波長を持ち、また、短波長の光は量子ドットによってよりよく吸収され易いことから、ＵＶ−ＬＥＤは様々な量子ドット材を有する波長変換オーバーレイの照明には特に望ましいものである。このことから、たとえ効率の悪いＵＶ−ＬＥＤであっても、異なる種類の量子ドットを有する波長変換オーバーレイを用いた発光デバイスの光源としては望ましいと言える。ＵＶ光源はまた、量子ドット材の選択においても、設計により大きな自由度を与える。

他の実施例においては、発光デバイスの波長変換コーティングの量子ドットを励起する為に用いられるＬＥＤは、４００ｎｍ以下のピーク波長を持っている。一般に、量子ドットはより短い波長での吸収が高い為、短波長光源を使えばより高い強度の二次放射を作ることが出来る。しかしながら、４００ｎｍ波長を持つ光は可視スペクトルの端部にあり、波長変換オーバーレイによって吸収されなかった一次放射は、発光デバイス・アレイのＣＲＩにはあまり貢献することはない。つまり、ＣＲＩをさほど大きくすることができない。ピーク波長が４００ｎｍ程度の光源を使う場合、一部の実施例においては全体の総合放射のＣＲＩを改善する為に青色量子ドット又は青色燐光体等の青色二次放射体が望ましい。

図１Ｂは、第１の波長変換オーバーレイ１０２’を第２の波長変換オーバーレイ１３０と共に用いた本発明の他の実施例に基づく発光デバイス１００’の側面図である。第２の波長変換オーバーレイ１３０は、マトリクス中に分散させた従来の燐光体材料の層である。この実施例においては、第２の波長変換オーバーレイ１３０は、波長変換コーティング１０２’中の量子ドット１１４’、１１６’、１１８’により吸収されにくい波長の二次放射を放出する波長変換材料を有する。第２の波長変換オーバーレイ１３０は、光源１０４を薄く覆うものであり、元の光が第２の波長変換オーバーレイ１３０を通過して第１の波長変換オーバーレイ１０２’中の量子ドット１１４’、１１６’、１１８’を励起することが出来る。

他の実施例においては、上部の波長変換オーバーレイが従来の燐光体を有しており、下部の波長変換オーバーレイが、上部の波長変換オーバーレイにより実質的に吸収されることのない光を放射する量子ドットを有している。更に他の実施例においては、光は可視光であり、従来の燐光体層を透過する光の一部分が波長変換コーティングをも透過し、発光デバイス１００’の全体的な放射スペクトルに寄与する。下部の波長変換オーバーレイから放射された変換（二次放射）光は、上部の波長変換オーバーレイには実質的に吸収されないものであることが望ましい。

従来の燐光体層を量子ドットと光源との間に配置することにより、量子ドットからの二次放射が従来の燐光体により再吸収されてしまうことを回避することができる。代わりに、長いピーク波長を持つ光を放射する量子ドットを、より短いピーク波長を持つ量子ドットの「下」（光源とこの量子ドットの間）に配置することにより、長波長量子ドットによる短波長二次放射の再吸収を回避しても良い。

図２は、本発明の一実施例に基づくフラッシュ・モジュール２００を描いたものである。複数のＬＥＤデバイス２０２、２０４、２０６が作動することにより、フラッシュ・モジュール２００からは基本的に白色の光が作られる。各ＬＥＤデバイスは、ボンディングワイヤ２１２、２１４、２１６により担体２１０へと電気的に接続されたＬＥＤチップ２０３、２０５、２０７を有する。ボンディングパッド及び電気トレースは図を簡略化して示す為に省いた。第１のＬＥＤデバイス２０２は青色ＬＥＤ、又は青色波長変換ＬＥＤ、又はＵＶ−ＬＥＤである。第２のＬＥＤデバイス２０４は緑色、又は黄緑色波長変換ＬＥＤ、第３のＬＥＤデバイス２０６は赤色波長変換ＬＥＤである。一実施例においては、各ＬＥＤデバイス２０２、２０４、２０６は、赤色：緑色：青色光に所望の比率を得る為に各デバイスからの光出力をそれぞれ制御することが出来るように別個にバイアスをかけられている。一実施例においては、赤：緑：青色光の比は３：６：１である。

ＬＥＤデバイスのうちの少なくとも１つは、実質的にそのＬＥＤの色を放射する量子ドットを含んでいる。例えば、赤色波長変換ＬＥＤデバイス２０６はピーク放射波長およびＦＷＨＭを持つ赤色放射燐光体と、その赤色放射燐光体のピーク放射波長からＦＷＨＭの約半分以上のピーク放射波長を持つ量子ドットを有している。これにより赤色波長変換ＬＥＤのスペクトルが拡張し、フラッシュ・モジュール２００からのフラッシュ光のＣＲＩが改善される。つまりフラッシュ・モジュール２００のＣＲＩを良くすることができる。代わりに、他のＬＥＤデバイスも量子ドットを含んでいても良い。一実施例においては、ＬＥＤデバイスの各々が量子ドットを含んでいる。

青色量子ドットは、青色放射燐光体では困難であった青色ＬＥＤからの光のスペクトル拡張を行うことができる。量子ドット材料は、しばしば放射ピークに比較的に近い（一部のケースでは約２５ｎｍ）吸収ピーク（極大値）を示す場合がある。よって青色放射ＬＥＤからの一次光は、波長が約２５ｎｍ（以上）長い他の青色光へと変換される。このような放射スペクトルの拡張は、フラッシュ・モジュール２００が放射するフラッシュ光のＣＲＩを改善する。

作動時には、フラッシュ・モジュールからの光が白色に見えるように赤色、緑色及び青色ＬＥＤデバイスが調和して作動する。換言すると、赤色、緑色及び青色光が混合され、フラッシュ・モジュールから所望の色温度と高いＣＲＩを持つ光が提供される。一実施例においては、フラッシュ時に赤色、緑色及び青色ＬＥＤデバイスの各々へと供給されるバイアス（電流）を調節することにより、フラッシュ・モジュールの色温度を約３，５００Ｋ〜約８，５００Ｋの間で調節することが出来る。一実施例においては、フラッシュ・モジュール中の１つ以上のＬＥＤデバイスのオーバーレイにおいて量子ドットが燐光体材料と組み合わせられていることにより、６５よりも高いＣＲＩで、約３，５００Ｋ〜約８，５００Ｋの間で選択可能な色温度を提供することが出来る。一部の実施例においては、フラッシュ・モジュールは８０よりも高いＣＲＩで、約３，５００Ｋ〜約８，５００Ｋの間で選択可能な色温度を提供することが出来る。他の実施例においては、フラッシュ・モジュールは少なくとも９５のＣＲＩで、約６，５００Ｋの選択色温度を提供するように制御可能である。例えば、より低い色温度が所望される場合、赤色ＬＥＤデバイスへの電流を、青色及び緑色ＬＥＤデバイスへの電流に比して増大させる。色温度は低下するが、より赤色成分の多い光は、「より暖かい」と表現されることが多い。従来の燐光体と量子ドットの組み合わせは、フラッシュ・モジュールからの混合した総合放射により、高いＣＲＩを提供することが出来る。

様々な量子ドットは幅広い波長により励起される。例えば、青色光により励起する量子ドットもあれば、ＵＶ光により励起される量子ドットもある。量子ドットをフラッシュ・モジュール又は広い範囲の波長出力が所望される他の光学系に利用することで、量子ドットの材料と粒子サイズに応じて異なる色の放射が可能となる。適切な量子ドットを選択することにより、所望の色温度と高いＣＲＩを併せ持った（混合した）光出力を得ることが出来る。例えば、１色以上の光デバイス（青色、緑色又は赤色ＬＥＤ、又は色変換ＬＥＤ）に量子ドットを有するフラッシュ・モジュールにより作られる色スペクトルを選択して日光と一致させることにより、正しい色の画像を撮影することが可能となるのである。スペクトルは量子ドットのサイズ及び／又は材料を制御することにより選択することが出来る。

一実施例においては、フラッシュ・モジュールは青色発光ＬＥＤ、青色放射量子ドットと組み合わせた青色発光ＬＥＤ、青色放射量子ドット及び／又は青色放射燐光体と組み合わせたＵＶ−ＬＥＤ、緑色及び／又は黄緑色放射燐光体とオプションとして緑色放射量子ドットと組み合わせた青色発光ＬＥＤ又はＵＶ−ＬＥＤ、及び１つ以上の赤色放射燐光体及びオプションとして赤色放射量子ドットと組み合わせた青色発光又はＵＶ−ＬＥＤを有している。３つの異なる色（青色、緑色及び赤色等）を持つ３つの別個の光源をフラッシュ・モジュールに設けることは、各色を個々に制御して選択した色温度を作ることが出来ることから望ましいのである。代わりに、フラッシュ・モジュールは青色及び緑色等のような２色を組み合わせた第一の光源と、赤色光源と、を有するものであっても良い。第一及び第二の光源への電流は所望の色温度を得るように個々に制御される。

図３は、本発明の実施例に基づく撮像システム３００のブロック図である。撮像システム３００は、カメラ３１２と光モジュール３１４とを備える。光モジュール３１４は、赤色、緑色及び／又は青色発光ＬＥＤデバイス等、１つ以上の選択色を持った１つ以上の発光デバイスを有する。少なくとも１つの発光デバイスは複数の量子ドットを有する波長変換オーバーレイを持つものである。

一実施例においては、光モジュールは、赤色ＬＥＤ、又は赤色変換ＬＥＤＲ１、Ｒ２、Ｒ_N、青色ＬＥＤ又は青色変換ＬＥＤＢ１、Ｂ２、Ｂ_N、及び緑色ＬＥＤ又は緑色変換ＬＥＤＧ１、Ｇ２、Ｇ_Nをそれぞれに少なくとも１つづつ有している。一部の実施例においては、少なくとも１つのカラーＬＥＤは、燐光体と組み合わせた量子ドットを有している。代わりに、青色ＬＥＤ又はＵＶ−ＬＥＤ等の追加ＬＥＤが、赤色、青色及び／又は緑色ＬＥＤのスペクトルを補填する、又は拡張する為の１つ以上の色を放射する量子ドットを有しても良い。光モジュールからの光の空間分布を制御する為にレンズ及び／又はリフレクタのような撮像素子３２８をオプションとして光モジュールに有しても良い。

カメラ３１２はフォトデテクタ・アレイ３２２を有するディジタル・カメラである。周辺光Ｌ_Aがレンズ３１５からフォトデテクタ・アレイ上に結像される。フォトデテクタ・アレイからの電気信号はプロセッサ３２４へと結合する。プロセッサ３２４は、個々に選択された電流（駆動信号）Ｓ_R、Ｓ_G、Ｓ_Bを対応する光エミッタへと供給するドライバ３１８へとリンク３１７を介して結合している。このドライバはフラッシュ・ユニット中の光モジュール３１４と一体となったものでも、オプションとしてカメラ又は外部モジュールと一体となったものでも良い。ドライバ３１８は、制御回路３２６が制御する一連の可変電流源を有する。ＬＥＤの光の量（光出力）は、これに供給された電流（駆動信号レベル等）による。つまり、ＬＥＤの出力は供給された電流に応じて変化する。対応する光エミッタの駆動信号を変化させることで制御可能な光源（ＬＥＤ）からの光出力量を選択的かつ個別に変化させ、これにより光モジュール３１４からの光のスペクトル分布を選択的に調節することが出来るのである。プロセッサ３２４は、また、カメラのシャッターが作動した場合に光モジュール３１４からのフラッシュＬ_Fを起動する為にトリガ・リンクを介してトリガ信号を送る。

一実施例においては、電気信号は、周辺光Ｌ_A又は被写体３１３からの反射光Ｌ_Rの色温度を示すものである。代わりに、カメラはフィルム式のカメラであって、別個のフォトデテクタ３２０が被写体３１３からの光を計測するようになっていても良い。別個のフォトデテクタ３２０とは、カメラ外部にあるものでも、カメラと一体になったものでも良い。他の実施例においては、ユーザーがフラッシュ・モジュール３１４に所望の色温度を作らせる為の、又はフォトデテクタの計測した周辺光Ｌ_Aに基づいてプロセッサ３２４が確立した色温度を調節する為の、手動調節器３３０が設けられている。例えば、ユーザーが、被写体３１３の画像により暖かいトーンを与える為にフォトデテクタの計測した色温度を下げたいと望む場合等がある。更に他の実施例においては、撮像システムはフォトデテクタを有さず、光モジュールの色温度は手動で設定される。

放電（フラッシュ）中に赤色ＬＥＤＳ_Rに供給される電流は、この赤色ＬＥＤが全体の総合的な放射にどの程度の赤色光で寄与するかを決定するものである。つまり、撮影などに赤色光がどれくらい必要かによって、赤色ＬＥＤＳ_Rに供給される電流が決定される。例えば、赤色ＬＥＤがわずかに起動される場合、つまり赤色ＬＥＤの光が弱い場合、全体の総合放射の色温度は、赤色ＬＥＤが強く起動した場合、つまり赤色ＬＥＤの光が強い場合よりも高くなる。一実施例においては、赤色ＬＥＤへの電流を選択的に調節することにより、約５，５００Ｋ（昼光用フィルムに好適）〜約３，２００Ｋ（タングステン・フィルムに好適）の色温度を作ることが出来る。

他の色温度は、赤色ＬＥＤ又は他のＬＥＤへと供給する電流量を変えることで得ることが出来る。他のアプリケーションにおいては、光モジュールの全体の総合放射の所望の色温度は、例えば色温度を低くすることによりモデルの顔色をより暖かく見せたりする等、所望の写真効果が得られるように選択される。ＬＥＤの他色は、光モジュールの色温度、特にはＣＲＩの更なる制御を行うことでオプションで付加することが出来る。

図４Ａは、カメラ４１２、レンズ４１５、フォトデテクタ４２０及びフラッシュ・モジュール４１４を備えた本発明の一実施例に基づく撮像システム４１０の等角図である。代わりにカメラに撮像用のフォトデテクタ・アレイを備えることで、フォトデテクタ４２０を省いても良い。図４Ｂは、携帯電話機４４２に組み込まれた本発明の他の実施例に基づく撮像システム４４０を描いた等角図である。携帯電話は、複数タイプの量子ドットを有し少なくとも１つの発光デバイスを有するフラッシュ・モジュール４４４と、結像レンズ４４６と、を備える。結像レンズは被写体の画像を携帯電話中にあるフォトデテクタ・アレイ（図示せず）上に収束する。フォトデテクタ・アレイはオプションとして被写体又は周辺光の色温度を測定する為に利用されるものであっても良い。携帯電話４４２はオプションとしてフラッシュ・モジュール４４４の色温度を手動で設定する為の制御部を有しても良い。

本発明の推奨される実施例を詳細にわたって説明してきたが、当業者であればこれらの実施例には本願請求項に記載した本発明の範囲から離れることなく、これらの実施例に対し変更形態や改変形態が可能であることは明らかである。

本発明の実施例において利用される波長変換オーバーレイ１０２を含む発光デバイス１００の側面図である。 本発明の実施例において利用される従来の燐光体層を組み合わせた波長変換オーバーレイを含む他の発光デバイスの側面図である。 本発明の一実施例に基づくフラッシュ・モジュールの図である。 本発明の実施例に基づく撮像システムのブロック図である。 カメラ、レンズ、フォトデテクタ及び本発明の一実施例に基づくフラッシュ・モジュールを含む撮像システムの等角図である。 携帯電話に組み込んだ本発明の他の実施例に基づく撮像システムの等角図である。

符号の説明

１０２：第一の波長変換オーバーレイ
１１４、１１６、１１８：第一の複数の量子ドット
１２２：マトリクス材
１２４：第一の燐光体
１２６：第二の燐光体
２００：フラッシュ・モジュール
２０４：第一の光源
２０６；第二の光源

Claims (10)

1. 第１の一次光を放射する第１の光源であって、前記第１の光源上に配置され、第１の色を提供する第１の波長変換オーバーレイを有し、前記第１の波長変換オーバーレイが、マトリックス材と、前記マトリックス材に分散させた第１の複数の量子ドットと、を有している、第１の光源と、
   第２の色の光を提供する第２の光源と、を備えることを特徴とするフラッシュ・モジュール。
2. 前記第１の波長変換オーバーレイは、更に第１の燐光体を備えることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ・モジュール。
3. 前記第１の波長変換オーバーレイは、更に第２の燐光体を備えることを特徴とする請求項２に記載のフラッシュ・モジュール。
4. 前記第１の複数の量子ドットは、
   前記第１の一次光により励起した場合に第１のピーク波長を放射する第１のタイプの量子ドットと、
   前記第１の一次光により励起した場合に第２のピーク波長を放射する第２のタイプの量子ドットと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ・モジュール。
5. 前記第１のタイプの量子ドットは、第１のタイプの量子ドット材料を備え、
   前記第２のタイプの量子ドットが、第２のタイプの量子ドット材料を備えることを特徴とする請求項４に記載のフラッシュ・モジュール。
6. 前記第１の光源及び前記第２の光源の少なくとも一方は、紫外線発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ・モジュール。
7. 第３の色の光を提供する第３の光源を更に備え、
   前記第１の光源、第２の光源及び第３の光源からの光を混合することにより、略白色の光を提供することを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ・モジュール。
8. 前記第１の波長変換オーバーレイは、第１のピーク波長及び半値全幅を持つ第１の光を放射する燐光体を更に備え、
   前記第１の複数の量子ドットは、第２のピーク波長を持つ第２の光を放射するものであり、前記第１のピーク波長と前記第２のピーク波長との差が前記半値全幅の２分の１以上であることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ・モジュール。
9. 前記第１の波長変換オーバーレイは、第１のピーク波長を持つ第１の光を放射する第１の燐光体及び第２のピーク波長を持つ第２の光を放射する第２の燐光体を更に備え、
   前記第１の複数の量子ドットは、第３のピーク波長を持つ第３の光を放射するものであり、前記第３のピーク波長が前記第１のピーク波長と前記第２のピーク波長の間にあることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ・モジュール。
10. 前記第２の光源は、紫外線発光ダイオードであり、
    前記第２の波長変換オーバーレイは、青色放射燐光体を有することを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ・モジュール。

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