JP2011523165A - ランプデバイス - Google Patents

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Abstract

ランプデバイスは電圧が印加された時点で一次放射線を発出する発光体（４０；９４）と、少なくとも部分的に発光体（４０；９４）をとり囲み、一時放射線と相互作用する固体粒子（６４、６６）とを有する。粒子（６４、６６）の粒子数密度が、第１の粒子数密度から第２の粒子数密度まで、発光体（４０；９４）から遠ざかる少なくとも１つの方向で変化している。

Description

本発明は、
ａ）電圧が印加された時点で一次放射線を発出する発光体と；
ｂ）少なくとも部分的に発光体をとり囲み、一時放射線と相互作用する固体粒子と；
を有するランプデバイスに関する。
このようなランプデバイスは、市場で公知であり、発光半導体構造を伴うＬＥＤは発光体としての使用が増加している。一次放射線と相互作用する固体粒子として、詳細には、それ自体公知である発光材料粒子が使用され、これらの粒子は色中心を有する透明材料から製造され、これらの粒子を打撃する放射線を吸収し、かつこれらの粒子は少なくとも１つの異なる波長内で二次放射線として放射線を発出する。こうして、発光材料粒子または発光材料粒子混合物を適切に選択することで、発光体により発出される放射線を、異なるスペクトルをもつ放射線へと転換させることができる。ここで、一次放射線と相互作用する異なる種類の固体粒子は、例えば、これらの粒子を打撃する放射線を反射し散乱させることのできる反射粒子であり得る。
上述の種類の公知のランプデバイスは、多くの場合、これらのデバイスが発出する光のために１２０℃〜１６０℃の間の比較的小さい放射角を有する。
本発明の目的は、照明効果が改善され、かつ詳細には、放射角が増大されている上述の種類のランプデバイスを作り出すことにある。
この目的は、
ｃ）粒子の粒子数密度が、第１の粒子数密度から第２の粒子数密度まで、発光体から遠ざかる少なくとも１つの方向で変化している、上述の種類のランプデバイスの場合に達成される。
発光体のまわりの一次放射線と相互作用するこのような粒子の分布によって、それ自体実質的に全ての空間方向に光を発出する一種のランプ構造を達成できることが示された。このようにして、ランプデバイスの放射角を増大させることができる。ランプデバイスの光度も同様に増幅される。
粒子数密度は、単位体積あたりの粒子数を表わす。
有利な更なる開発技術は、従属クレーム中に記されている。
粒子が、一次放射線を吸収し二次放射線を発出する発光材料粒子および／または反射粒子、詳細には硫化バリウム、亜硫酸バリウム、硫酸バリウムまたは二酸化チタン粒子を含んでいる場合に有利である。
粒子数密度の変化が減少である場合、詳細には、粒子数密度が均等に減少する場合に、特に強い照明効果が達成される。
ａ）その他の領域と比べて発光体に最も近くに配置されている第１の領域内に、最大の粒子数密度が存在する場合、および、
ｂ）その他の領域と比べて発光体から最も遠くにある第２の領域内に最小の粒子数密度が存在する場合に、照明効果はさらに一層優れている。
したがってこの場合、粒子数密度は発光体からの距離が増加するにつれて減少する。
最大粒子数密度が最小粒子数密度の５〜１０，０００倍、好ましくは１０〜１００倍、さらに好ましくは１０〜２０倍である場合に、優れた照明効果が達成される。
ａ）最大粒子数密度が、立方センチメートルあたり粒子５００〜２０，０００個、好ましくは粒子１０００〜１０，０００個、さらに好ましくは粒子５，０００〜１０，０００個の間にあり、かつ
ｂ）最小粒子数密度が、立方センチメートルあたり粒子２〜５，０００個、好ましくは粒子２〜２，５００個、さらに好ましくは粒子２〜１，０００個の間にある、
場合、有利である。
生産工学の観点から見ると、粒子が、キャリア媒質により発光体との相対的位置に保持されていると有利である。
キャリア媒質がシリコーン材料、詳細には弾性シリコーン塊、または樹脂、詳細にはエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂であると特に有利であることが示された。
キャリアが占有する体積の形状に応じて、さまざまな照明効果を達成することができる。粒子を伴うキャリア媒質が、円筒形、円錐形または半球形の体積、または円錐台の形をした区分を含み球形区分へと移行する体積を占有していると、優れた照明効果で視覚的に訴えるものとなることが示された。粒子を伴うＵ字形の体積を占有している場合、特に有利であることが示された。
発光体を製造するためには、粒子を伴うキャリア媒質がランプデバイスのチャンバ内に配置されていると有利である。
チャンバ壁が少なくとも部分的にガラスまたは合成材料、詳細にはエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂製であると有利である。
多数の気泡がキャリア媒質中に提供されていると、有利な照明効果を達成することができる。
キャリア媒質内の気泡濃度が、１ｃｍ3あたり気泡５００〜２０，０００個という値、好ましくは１ｃｍ3あたり気泡１，０００〜１０，０００個という値、さらに好ましくは１ｃｍ3あたり気泡３，０００〜５，０００個という値を有すれば有利であることが示されてきた。
好ましくは、気泡は、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍ、さらに好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの直径を有する。
粒子を伴うキャリア媒質によって決定され互いから一定の距離を置いて配置されている多数の体積が存在すると、特に優れた照明効果を達成することができる。
粒子を伴うキャリア媒質によって決定され互いから一定の距離を置いて配置されている２つまたは３つの体積が存在すると、極めて実用的であることが示された。
体積が光源の多数の収容領域内に提供されていると、優れた照明特性を有するランプを形成させることができる。
光源が円筒形であり収容領域がその軸に平行なチャンネルの形をしていることもまた、審美的理由から有利である。
発光体が、電圧が印加された時点で光を発出する少なくとも１つの半導体構造を含む場合、低いエネルギー消費量のランプデバイスを製造することができる。このような発光体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の形で公知である。
少なくとも１つの発光半導体構造が、電圧が印加された時点で青色光を発出する場合、それ自体公知であるＬＥＤに戻ることが可能である。粒子は好ましくは、半導体構造によって発出された青色放射線から白色光を生成する発光材料粒子と、粒子を打撃する放射線を伝播させる反射粒子の両方の形をしている。
代替的には、発光体は、少なくとも１つの赤色光半導体構造、少なくとも１つの緑色光半導体構造、および少なくとも１つの青色光半導体構造を含むことができる。この場合、発光材料粒子は無しで済ませることができ、一次放射線と相互作用する粒子として反射粒子のみを使用することができる。
光スペクトルを増大させるために発光体は、少なくとも１つの赤外線半導体構造および／または少なくとも１つの紫外線半導体構造を含むことができる。
優れた照明効果を達成するためには、固体粒子、詳細には発光材料粒子および／または反射粒子が異なる粒子数密度で内部に存在している少なくとも３層が存在しているのが有利である。
以下では、本発明の実施形態を、図面に基づきより詳細に説明する。
発光材料粒子および反射粒子が投入されたキャリア媒質が円筒チャンバ内に配置されている、バルブランプの部分的断面を示す。 チャンバが円錐形である、バルブランプの第２の実施形態の図１に対応する部分的断面を示す。 チャンバが半球形である、バルブランプの第３の実施形態の図１に対応する部分的断面を示す。 チャンバが、円錐台形をしておりかつ球形区分へと移行する断面を有している、バルブランプの第４の実施形態の図１に対応する部分的断面を示す。 発光材料粒子および反射粒子が投入されたキャリア媒質で内部が満たされているＬＥＤの断面を示す。 気泡がキャリア媒質内に提供されている図１に対応するバルブランプの一変更態様を示す。 バルブランプの第５の実施形態の、図１に対応する部分的断面を示す。 キャリア媒質がライトフィンガー（light finger）の形をしているバルブランプの第６の実施形態の、図１に対応する部分的断面を示す。 ２本のライトフィンガーを有するバルブランプの第７の実施形態の、図８に対応する部分的断面を示す。 ２本のライトフィンガーが１つのアーチに組合わされているバルブランプの第８の実施形態の、図９に対応する部分的断面を示す。 ３本のライトフィンガーを含むバルブランプの第９の実施形態の図８に対応する部分的断面を示す。 ガラスバルブに代ってリフレクタが具備されている、図８のランプの一変更態様を示す。 図８、９、１１および１２に従ったランプ内で使用されているようなライトフィンガーを別途示す。 自転車または自動車の照明システム用の、図１３のライトフィンガーを含む発光体を示す。 図１３の２本のライトフィンガーが互いに向かい合って形成されているロッド形状のランプ素子を示す。 ライトフィンガー構造が透明なシリンダの位置決めチャンネル内に配置されている、円筒形発光体を示す。 図１６の曲った断面ラインＸＶＩＩ−ＸＶＩＩに沿った図１６の発光体を通る断面を示す。 位置決めのチャンネルが互いに連通している、図１８の発光体の一変更態様を通る、図１７に対応する断面を示す。 図２０中の断面ラインＸＩＸ−ＸＩＸに沿ったラインバンド（light band）を通る断面を示す。 図１９のライトバンドの平面図を示す。 図２２中の断面ラインＸＸＩ−ＸＸＩに沿ったライトパネルを通る断面を示す。 図２０のライトパネルの斜視図を示す。
図１では、規格化された接続口金１２を含むバルブランプは、全体として１０という番号で呼称されている。この接続口金１２は例えばエジソンねじ込み口金Ｅ２７またはＥ１１の形をとることができる。例えばバヨネット口金、プラグイン口金、ガラス製ピンチ口金またはそれに類するものなどのその他の規格化された接続口金の全てが具備可能である。
接続口金１２の接続部域から、破線で示された２本のワイヤ１４、１６がその内部を通っている。これらのワイヤは、この接続口金１２から、接続口金１２により担持されている変圧器ハウジング２０の内部に配置された変圧器１８まで通じている。変圧器１８から、第１の電源ライン２２がヒートシンク２４を通って、光チップ構成２８の第１の接点部域２６まで通じている。第２の電源ライン３０が、変圧器１８からヒートシンク２４を通って光チップ構成２８の第２の接点部域３２まで通じている。
バルブランプ１０は、例えばガラスまたはエポキシ樹脂などの半透明材料のバルブ３４を含み、このバルブがヒートシンク２４と共にバルブランプ１０の内部を画定している。バルブランプ１０のバルブは、必要な場合、収束レンズの機能を果たすことができる。
光チップ構成２８は、４つの半導体構造４０ａ、４０ｂ、４０ｃおよび４０ｄ（図１に概略的にのみ示されている）を含み、これらの構造は、光チップ構成２８の接点部域２６および３２の間で薄いボンディングワイヤ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄおよび３８ｅを用いて直列に接続されている。これらは、キャリア基板４６のくぼみ４４の床４２の上に配置されている。キャリア基板４６は、コランダムガラス（Ａｌ2Ｏ3ガラス）としても知られるサファイヤガラスでできている。
各半導体構造４０は、３つの層を含み、半導体構造４０ａの場合にのみこれらの層に参照記号が備わっている。キャリア基板４６に隣接している底部層４８は、例えばｎ−ＧａＮまたはｎ−ＩｎＧａＮのｎ−導電性層である。中間層５０は、ＭＱＷ層である。ＭＱＷは「多重量子井戸」の略語である。ＭＱＷ材料は、超格子構造にしたがって変化しそれに応じて異なる波長の光を発出する電子帯構造を有する超格子を表わす。半導体構造４０により発出される放射線のスペクトルは、ＭＱＷ層の選択により影響される可能性がある。上部層５２は、例えばｐ−ＧａＮなどのｐ−導電性ＩＩＩ−Ｖ半導体材料で製造されている。
くぼみ４４を半径方向にとり囲むその縁部領域５４によって、キャリア基板４６は円筒形ハウジング５６を担持し、このハウジングは半導体構造４０に向かって開放し、キャリア基板４６から離れた側で端壁により閉鎖されている。ハウジング５６は合成材料で作られ、透明（clear）またはつや消し（mat）で透明（transparent）である。ハウジング５６はキャリア基板４６と共に、チャンバ６０を画定し、キャリア基板４６内のくぼみ４４は別として、同じく円筒形である。
チャンバ６０は、キャリア媒質で満たされており、このキャリア媒質はここで記述される実施形態の場合、弾性シリコーン塊の形で存在する。シリコーン塊６２内においては、発光材料粒子６４および反射粒子６６が分布させられ、シリコーン塊６２により、半導体構造４０との関係におけるその位置に保持されている。
電圧が印加されると、半導体構造４０は紫外線光および４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長範囲内の青色光を放射する。半導体構造４０と共に発光材料粒子６４がシリコーン塊６２に包み込みこまれているため、白色光バルブランプ１０を得ることができる。発光材料粒子６４は、色中心を有する固体材料から製造される。半導体構造４０の紫外線および青色一次放射線を白色光に転換させるためには、紫外線および青色光を部分的に吸収し、材料粒子自体が黄色および赤色で発光する３種類の発光材料粒子が使用される。所望の場合、それ自体青色光を発出する付加的な発光材料粒子６４を使用することができる。
反射粒子６６用の材料としては、詳細には硫化バリウム、亜硫酸バリウム、硫酸バリウムまたは二酸化チタンが該当する。代替的には、反射粒子６６用の材料として、酸化スカンジウムまたは硫化亜鉛、およびランタンおよび希土類金属の酸化物、例えば酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウムまたは酸化ルテチウムを使用することができる。
半導体構造４０が発出する放射線は、反射粒子６６のためにシリコーン塊６２の内部を伝播させられる。
発光材料粒子６４および反射粒子６６の粒子数密度は、ハウジング５６の端壁５８に向かう方向、すなわち半導体構造４０から離れる方向で変化し、この方向に減少する。発光材料粒子６４および反射粒子６６の最大粒子数密度は、チャンバ６０内部で半導体構造４０の最も近くに配置されているシリコーン塊６２の第一層６８内に存在する。発光材料粒子６４および反射粒子６６の最小粒子数密度は、半導体構造４０から最も遠くでハウジング５６の端壁５８の内側表面に隣接して配置されているシリコーン塊６２の第２層７０の中に存在する。
第１層６８と第２層７０の間には、大文字ＡからＫで呼称される中間層が配置され、発光材料粒子６４および反射粒子６６の粒子数密度は、ハウジング５６の端壁５８に向かう方向で一層から次の層へと均等に減少する。これは、各層内に示された発光材料粒子６４および反射粒子６６の数によって例示されている。２つの連続する層６８、Ａ〜Ｋおよび７０の間の境界は、各ケースにおいて点線で表わされている。
シリコーン塊６２内部の発光材料粒子６４および反射粒子６６の分布により、変圧器１８を介して提供可能な半導体構造４０を作動させる電力に応じて、異なる外部輪郭をもつさまざまなランプ構造を生成することができる。これらの構造は、見る者に例えば火炎または光球の印象を与える可能性があり、半導体構造４０から出発して形成される。
図１においては、丸い光構造７２ａおよび火炎様の光構造７２ｂの外部輪郭が、一点鎖線として定型化された形で表わされている。丸い光構造７２ａは、バルブランプ１０のより低い作動電圧で形成され、一方火炎様構造７２ｂはバルブランプ１０のより高い作動電圧で発生する。適切に高い作動電圧で、チャンバ６０内の実質的にシリコーン塊６２全体が点灯する。このときランプ構造の形状は円筒形である。
バルブランプ１０の製造においては、チャンバ６０に、所望の粒子数密度を得るために必要な数量の発光材料粒子６４および反射粒子６６および硬化剤と予め混合された比較的低粘度のシリコーン油を層状に充填することができる。このとき、このシリコーン油は、それ自体公知の要領で、弾性シリコーン塊６２へと硬化する。第１層が硬化した後、第１層の上に対応した形で、発光材料粒子６４および反射粒子６６を伴うシリコーン材料６２のさらなる層を製造することができる。
チャンバ６０にこのような形で充填できるように、チャンバ６０が完全に充填された時点で除去または密封される充填用ネックなどを具備することができる。
硬化したシリコーン塊６２が人間の目にやや乳白色から黄色の透明に見えるように発光材料粒子６４および反射粒子６６の粒子数密度を選択すると実用的であることが示された。これは、なかでも、発光材料粒子６４および反射粒子６６の最大粒子数密度が、発光材料粒子６４および反射粒子６６の最小粒子数密度の５〜１０，０００倍、好ましくは１０〜１００倍、さらに好ましくは１０〜２０倍である場合に達成される。
実際には、発光材料粒子６４および反射粒子６６の最大粒子数密度は、１立方センチメートルあたり粒子５００〜２０，０００個、好ましくは粒子１，０００〜１０，０００個、さらに好ましくは粒子５，０００〜１０，０００個の間であり得、一方発光材料粒子６４および反射粒子６６の最小粒子数密度は、１立方センチメートルあたり粒子２〜５，０００個、好ましくは粒子２〜２，５００個、さらに好ましくは粒子２〜１，０００個の間の値を有し得る。
変更態様では、青色光半導体構造４０が使用されるばかりでなく、少なくとも１つの赤色光半導体構造４０ａ、１つの緑色光半導体構造４０ｂおよび１つの青色光半導体構造４０ｃの組合せにより白色光が得られ、第４の半導体構造４０ｄは全く使用されない。この場合、シリコーン塊６２内の発光材料粒子６４を削除することができ、適切な粒子数密度でシリコーン塊６２内に反射粒子６６のみを分布させることができる。
さらなる変更態様では、キャリア媒質６２は、硬化された状態で透明である樹脂、例えばエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂製であり得る。この場合、キャリア媒質６２の層６８、Ａ〜Ｋおよび７０は、液体形状で適用されそれ自体公知の通りに硬化剤が添加され、かつ所望の粒子数密度のために必要な数量の発光材料粒子６４および反射粒子６６が予め混合されている樹脂の層を硬化させることによって得ることができる。
さらなる変更態様においては、ハウジング５６によりチャンバ６０を画定することなく、キャリア媒質６２はチャンバ６０に対応する体積を占有することができる。この目的で、ハウジング５６は、キャリア媒質が完全に硬化した後除去され、かくしてキャリア媒質６２のための鋳型として使用される。
図２、３および４においては、連帯してチャンバ６０を画定するハウジング５６の形状に関してのみ図１に示されたバルブランプ１０と異なっているバルブランプ１０のさらなる実施形態が示されている。明確さを期して、キャリア媒質６２の個々の層は、図２、３および４中では個別に参照記号が付されておらず、層の境界を表わす点線も同じく削除されている。以下で別段の説明がないかぎり、図１にしたがってバルブランプ１０に関して言及されていることは、図２〜４にしたがったバルブランプ１０にも、必要な変更を加えてあてはまる。
図２のバルブランプ１０の場合、ハウジング５６に代って、円錐形ハウジング７４が提供され、こうしてキャリア媒質６２は、キャリア基板４６中のくぼみ４４を除いて円錐形であるチャンバ７６内部の円錐形体積を占有することになる。円錐形ハウジング７４は、その頂点が半導体構造４０から一定の距離のところにくるように配置されている。こうして、適切な作動電圧で、ここで形成されるランプ構造は円錐の形状を有することができる。
図３中のバルブランプ１０の場合、ハウジング５６に代って、半球形ハウジング７８が提供され、こうしてキャリア媒質６２は、キャリア基板４６中のくぼみ４４を除いて半球形であるチャンバ８０内部の半球形体積を占有することになる。半球形ハウジング７８は、その屈曲が半導体構造４０から一定の距離のところにくるように配置されている。こうして、適切な作動電圧で、ここで形成されるランプ構造は半球の形状を有することができる。
図４のバルブランプ１０の場合、円錐台の形状を有し球形区分８２ｂに移行する区分８２ａを含むハウジング８２がハウジング５６の代わりに提供されている。円錐台の形をした区分８２ａを有するハウジング８２は、キャリア基板４６の縁部領域５４上に載っている。こうしてキャリア媒質６２は、キャリア基板４６中のくぼみ４４を除いて円錐台の形をした領域と半球形領域とを有するチャンバ８４内の対応する体積を占有する。こうして、適切な作動電圧で、ここで形成されるランプ構造は対応する形状を有することができる。
図５では、取外し可能なカバー部分８８ａを伴う球形透明ハウジング８８を有するＬＥＤ８６が示されている。ハウジング８８はチャンバ９０を画定し、このチャンバ内にキャリア基板４６に対応するキャリア基板９２が配置され、半導体素子４０に対応する半導体素子９４を担持している。キャリア基板９２は第１の端子９６によって保持されており、カバー部分８８ａを通って外向きに延在しカバー部分８８ａに不動状態で連結されている。第２の端子９８は、それが永久的に連結されているハウジング８８のカバー部分８８ａを通してＬＥＤ８６のチャンバ９０から外に同様の形で延在する。ＬＥＤ８６の場合、ハウジング８８は、図１〜４に従ったバルブランプ１０の場合のチャンバ６０の機能を果たす。
半導体素子９４は、端子９６、９８に対しボンディングワイヤ１００および１０２を介して接合され、これらの端子を通して半導体素子に作動電圧を印加することができる。
ＬＥＤ８６のチャンバ９０には、図１〜４に従ったバルブランプ１０に関連して以上で説明したとおり、発光材料粒子６４および反射粒子６６が内部に分布しているキャリア媒質が充填される。
ＬＥＤ８６の製造においてキャリア媒質として弾性シリコーン塊が使用される場合、ハウジング８８には、カバー部分８８ａが取外された状態で、所望の粒子数密度を得るために必要な数量の発光材料粒子６４および反射粒子６６および硬化剤と予め混合された比較的低粘度のシリコーン油を層状に充填することができる。このとき、このシリコーン油は、それ自体公知の要領で、弾性シリコーン塊６２へと硬化する。第１層が硬化した後、第１層の上に対応した形で、発光材料粒子６４および反射粒子６６を伴うシリコーン材料６２のさらなる層を製造することができる。この目的で、ハウジング８８は、本明細書で具体的に示されていない充填用ネックを有することができる。
ＬＥＤ８６では、光は実質的に３６０°の範囲にわたって発出され得る。
実際には、図１〜４に従ったバルブランプ１０の場合にはチャンバ６０、７６、８０、８４の、そしてＬＥＤ８６の場合にはチャンバ９０の（該当する場合には平均された）直径は、例えば１ｍｍ〜３００ｍｍの間、好ましくは１ｍｍ〜２００ｍｍの間、そしてさらに好ましくは３ｍｍ〜３０ｍｍの間である。実際には、半導体構造４０または半導体構造９４から出発して、チャンバ６０、７６、８０、８４または９０の高さは、例えば３ｍｍ〜３００ｍｍの間、好ましくは３ｍｍ〜１５０ｍｍの間、そしてさらに好ましくは１０ｍｍ〜６０ｍｍの間である。
図６には、別のバルブランプ１０が示されている。それは、チャンバ６０内の中間層Ｄ〜Ｋにおいて、発光材料粒子６４および反射粒子６６と共に図６ではそのうちの１つだけに参照記号が付されている気泡１０４が存在しているという点でのみ、図１に従ったバルブランプ１０と異なっている。
各層Ｄ〜Ｋの気泡１０４は、以上で説明されているように、チャンバ６０が層状に充填されている間に生成される。これを行なうことのできる１つの方法は、チャンバが充填される前に、所望の粒子数密度のために必要な数量の発光材料粒子６４および反射粒子６６が添加され、硬化剤が加えられた比較的低粘度のシリコーン油中で、活発な攪拌ひいては事実上の発泡を行ない、こうして空気が気泡１０４の形でシリコーン油中に取込まれるようにするというものである。該当する場合、気泡１０４をまず最初に生成することもでき、その後に初めて、気泡１０４が付加されたシリコーン油に対し、所望の粒子数密度のために必要な数量の発光材料粒子６４および反射粒子６６を添加することができる。
各層の内部の気泡１０４の濃度は、例えば、発泡の活発度または攪拌機または発泡装置のタイプによって影響される。実際には、気泡１０４の濃度が１ｃｍ3あたり気泡５００〜２０，０００個という値、好ましくは１ｃｍ3あたり気泡１，０００〜１０，０００個の値、そして特に好ましくは１ｃｍ3あたり気泡３，０００〜５，０００個という値を有すると有利であることが示されてきた。気泡１０４は、好ましくは約０．１ｍｍ〜２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍ、そしてさらに好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの直径を有する。
バルブランプ１０のこの実施形態の場合、３つの底部層Ａ、ＢおよびＣにより決定される厚みは、気泡が備わっている層Ｄが半導体構造４０から１ｍｍ〜１０ｍｍの距離のところに配置されることになるように選択される。
層６８、Ａ、Ｂ、Ｃおよび７０内には、気泡１０４は一切提供されていない。しかしながら、１つの変更態様においては、以上で説明した通り、これらの層またはその一部の中に気泡１０４を入れることができる。
気泡１０４がシリコーン塊６２内に存在する場合、バルブランプ１０の異なる照明効果を達成することができるということが示されてきた。
上述の通り、図１〜４および６の対応するバルブランプ１０の場合には、発光材料粒子６４、反射粒子６６および／または気泡１０４を伴うシリコーン塊６２の層６８、Ａ〜Ｋおよび７０は、例えばハウジング５６、７４、７８または８２に層状に充填し次に光チップ構成２８上に硬化済み層６８、Ａ〜Ｋおよび７０を設置することなど（なおこの場合、ハウジング５６、７４、７８または８２をこの構成と組立てるかまたは予め取外しておくことができる）のさまざまな方法で生成可能である。代替的には、層６８、Ａ〜Ｋおよび７０を、それ自体公知である射出成形法を用いて光チップ構成２８に直接取付け、そこで硬化させることができる。このタイプの製造は、大量のユニット製造に特に適している。
層６８、Ａ〜Ｋおよび７０の形をしたシリコーン塊６２の外部輪郭は、以上で説明したハウジング５６、７４、７８または８２により決定されるものに制限されない。異なるハウジングを使用することによって、または射出成形法による個別の形成によって、層６８、Ａ〜Ｋおよび７０から結果として得られるシリコーン塊６２の外部輪郭を所望の通りに形成させることができる。層６８と７０の間の層の数も同じく変動し得る。
図７のバルブランプ１０の場合、キャリア基板４６のくぼみ４４は、床４２に形成されるのではなくベース１０６へと変化する。キャリア基板４６のくぼみ４４から離れた上面１０６ａで、ベースは半導体素子４０を担持しており、これらの半導体素子がキャリア媒質６２の第１層６８と第２層７０の間のほぼ中央でチャンバ６０内に配置されるような形状となっている。
一変更態様（本明細書では示さず）においては、このとき、発光材料粒子６４および／または反射粒子６６の粒子数密度は、半導体素子４０の位置から出発して、キャリア媒質６２の第１層６８とその第２層７０の両方向に向かって同等に減少し得る。
図８においては、ハウジング５６がキャリア基板４６および半導体素子４０と共にほぼロッド形状のライトフィンガー１０８を形成しているバルブランプ１０が示されている。図示した実施形態の場合、これは、それ自体ヒートシンク２４上に取付けられる支持用プレート１１０上にバルブ３４のバルブ軸に沿って配置されている。ライトフィンガー１０８のキャリア基板４６は、図１に従ったバルブランプ１０のキャリア基板４６に対応するが、キャリア基板４６の床４２に平行な方向に向かって後者に比べ狭くなっている。ライトフィンガー１０８のキャリア基板４６のくぼみ４４の中には、２つの半導体素子４０ａ、４０ｂしか配置されていない。
半導体素子４０からの熱の放散を支援するため、ヒートシンク２４内にファン１１２が一体化されている。このファンは、それ自体公知の要領で変圧器１８を介してエネルギーの供給を受け、熱を支持用プレート１１０から離れる方向に導く。
このようなファン１１２は、本明細書で記述する全ての実施形態の場合に具備することができる。ファン１１２は恒常な回転速度で作動できる。代替的には、ファン１１２の回転速度を、半導体素子４０における一般的温度に応じて変更することができる。
図９に示されているバルブランプ１０の場合、２本のライトフィンガー１０８が支持用プレート１１０上に配置され、変圧器１８を介してエネルギーの供給を受けている。
図１０に示されている変更態様の場合、このような２つのライトフィンガー１０８は、連結用ブリッジ１１４を用いて支持用プレート１１０から離れたそれらの端部において連結され、この目的で、互いに連結されている２本のライトフィンガー１０８のハウジング５６は、対応するＵ字形ハウジング１１６の形に連結される。こうして、図１０にしたがったバルブランプ１０の場合、キャリア媒質６２はほぼＵ字形の体積を占有する。
図１１に示されているバルブランプ１０の場合、さらなる変更態様として３本のライトフィンガー１０８が支持用プレート１１０上に配置されている。３本のライトフィンガー１０８は任意の形、例えば図１１に表わされているように１本の列の形で、正三角形の頂点に、または非対称構成で配置できる。ライトフィンガー１０８のそれぞれの接点部域２６および３２までの電源ライン２２および３０の行程は、明確さを期して図１１には示されていない。
図９および１１に従ったバルブランプ１０は各々キャリア媒質６２から形成されている多数の体積およびその中に分布している発光材料粒子６４および反射粒子６６を含んでいる。これらの体積は各ライトフィンガー１０８のハウジング５６によって決定される。換言すると、図９および１１に従ったバルブランプ１０は、発光材料粒子６４および反射粒子６６を伴うキャリア媒質６２により決定され、かつ互いに一定の距離を置いて配置されている多数の体積を含む。
図１２には、図８に従ったバルブランプ１０に大体において対応しているリフレクタランプ１１８が示されているが、ただしリフレクタランプ１１８の場合にはバルブ３４が具備されず、その代りそれ自体公知であり支持用プレート１１０から離れる方向で開放して光出現開口部を決定するリフレクタ１２０が具備されており、このリフレクタ１１０が束集させる光がこの開口部を通して出現するという点で異なっている。
図１３では、単一のライトフィンガー１０８から形成され、そのキャリア基板４６が支持用プレート１１０上に配置され、その透明な外部輪郭がキャリア基板４６の外部輪郭と一致するランプ素子１２１が示されている。図１３を見るとわかるように、キャリア基板４６上の接点部域２６および３２はライン１２２を介して接続用ワイヤ１２４に、またはライン１２６を介して接続用ワイヤ１２８にそれぞれ接続されている。接続用ワイヤ１２４、１２８は、キャリア基板４６から離れる側で支持用プレート１１０から出現する。この形態でのライトフィンガー１０８は、従来のＬＥＤと同様に、対応するボード上で配線可能である。
多数のライトフィンガー１０８またはランプ素子１２１を、例えばビデオ映写デバイスにおける光源として使用することができる。この場合、多数のライトフィンガー１０８または各々のライトフィンガー１０８が、所望の方向に光を集束させる対応するリフレクタと共に別々に作動することができる。
図１４では、ランプ素子１２１またはライトフィンガー１０８のさらなる実施形態として、自転車および／または自動車の照明システムの中で使用可能であるようなランプ１３０が示されている。この目的で、ランプ１３０は、図１４に概略的にのみ示されている対応する規格化された接続口金１３２と、口金により保持されかつわずかな距離を維持しながらライトフィンガー１０８のハウジング５６内でキャリア媒質６２をとり囲むバルブ１３４とを含む。
図１５では、それぞれのキャリア基板４６から離れた面において互いに接触する２つのランプ素子１２１から形成されたロッド形状のランプ素子１３６が示されている。この構成においては、ライトフィンガー１０８またはランプ素子１２１を別々のハウジング内に固定することができるが、これはここでは具体的に示されていない。２本のライトフィンガー１０８は同様に、安定化のため互いに向かい合った面で互いに接着剤接着することもできる。
ロッド形状をしたランプ素子１３６は異なる長さ、詳細には１ｃｍ〜５０ｃｍ、好ましくは２ｃｍ〜１０ｃｍの長さを有することができる。
図１６および１７では、１３８という番号は、例えばガラスまたはアクリルガラスから製造可能である透明なランプシリンダ１４０を含む円筒形ランプを呼称している。実際には、ランプシリンダ１４０は、３ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは８ｍｍ〜３０ｍｍ、さらに好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍの直径を有するが、全体として自由裁量によって大きいものであり得る。
ランプシリンダ１４０は、その長手方向軸と同軸である１本の貫通チャンネル１４２と、全て恒常な円形断面を有するさらに８本の貫通チャンネル１４４を有する。図１６および１７の貫通チャンネル１４４のうち１本のみ参照記号が付されている。好ましくは、ランプシリンダ１４０は１本から１０本の間の貫通チャンネル１４２、１４４を含む。中央貫通チャンネル１４２を具備することはつねに必要なわけではない。貫通チャンネル１４２、１４４の断面は同様に円形断面と異なっている可能性もある。
一方の面１４６上に、ランプシリンダ１４０は、それと相補的な外部輪郭を有する床プレート１４８を担持している。
貫通チャンネル１４２および１４４の各々の中に１つのキャリア基板４６が配置され、床プレート１４８により担持され、この実施形態の場合、単一の半導体構造４０のみが担持されている。ランプシリンダ１４０内の貫通チャンネル１４２および１４４は各々、円筒形チャンバ１５０を画定しており、このチャンバの体積にはキャリア媒質６２が充填され、このチャンバ内では異なる粒子数密度で、発光材料粒子６４と反射粒子６６が、層６８および７０内、そしてこれらの層の間にある具体的に参照記号が付されていない層内に保持されている。さまざまな貫通チャンネル１４２、１４４内で異なる半導体構造４０が使用され、赤色、緑色および青色で発光し、かつ合わさって白色光を提供する場合には、発光材料粒子６４を無しで済ませることができる。
こうして、ランプシリンダ１４０の貫通チャンネル１４２、１４４の中には、実質的にライトフィンガー１０８に対応するもののチャンバ１５０を画定するそれ自身のハウジングを含んでいない点のみ異なっているライトフィンガー構造１５２が配置されている。ランプシリンダ１４０の全ての貫通チャンネル１４２、１４４にこのようなライトフィンガー構造１５２が備わっている必要はなく、このような理由から、図１７内の貫通チャンネル１４０は空で示されている。
キャリア基板４６上の接点部域２６および３２には、ライン１５４および１５６を介してエネルギーが供給されており、これらのラインは、床プレート１４８内の端子（本明細書中これらはこれ以上関心対象となっていない）を介して、電源または電池に接続可能である。
必要な場合には、ランプシリンダ１４０はその第２の面１５８上に、ここで示されている実施形態においては破線のみで示されているカバープレート１６０を担持することができる。実際には、ランプシリンダ１４０内の貫通チャンネル１４２、１４４は、０．１ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍ、さらに好ましくは２〜５ｍｍの直径を有する。ランプシリンダ１４０内の貫通チャンネル１４２、１４４の直径は同様に、互いに異なるものでもあり得、通常、それらの中に収納すべき半導体素子４０の寸法に左右される。ランプシリンダ１４０自体は、５ｍｍ〜８００ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜１５０ｍｍ、そしてさらに好ましくは２０〜５０ｍｍの長さを有するが、必要に応じてより長いものまたは短かいものであり得る。
図１８に示されているランプ１３８の変更態様の場合、貫通チャンネル１４２、１４４は、中に組込まれている円形ディスクの形状のくぼみ１６１によりランプシリンダ１４０の一方の側１４６で互いに連通している。くぼみ１６１の中には、半導体構造４０に最も近いところに配置されたシリコーン材料６２の２つの層６８およびＡが存在し、これらの層内に発光材料粒子６４および反射粒子６６が存在する。こうして、半導体構造４０からの光は隣接するライトフィンガー構造１５２内にさえ透過し得る。
図１９および２０では、ライトバンド１６２が示されている。それには可とう性外皮１６４が含まれ、これはチャンバ１６５を画定し片側に、互いにわずかな距離を置いて連続的にライトバンド１６２の長手方向に形成されている多数の半球形の隆起を有する。これらの隆起１６６は同様に、半球形とは異なる幾何形状を有し、例えば円錐形状を有することもできる。１つの変更態様においては、隆起１６６を全く具備しないことも可能である。
隆起とは反対側の内部表面１６８上では、外皮１６４は可とう性トラック素子１７０を担持し、この素子上にそれ自体公知の要領で多数の半導体構造４０が相互接続されている。例えば、多数の半導体構造４０のセットはつねに直列に接続可能であり、これらのセットのうちいくつかは並列に接続される。
半導体構造４０は、各々の半導体構造４０が隆起１６６の下でほぼ中央にくるように配置される。
外皮１６４の隆起１６６により決定される内部表面１７２とトラック素子１７０の間には、内部に発光材料粒子６４および反射粒子６６が分布している状態で、シリコーン材料６２の層６８、Ａ、Ｂおよび７０が配置されている。発光材料粒子６４と反射粒子６６の粒子数密度は、半導体構造４０からの距離が増大するにつれて、層６８から層７０へ向かって減少する。ライトバンド１６２の場合も同様に、赤色、緑色および青色で発光しかつ合わさって白色光を提供する異なる半導体構造４０が使用される場合、発光材料粒子６４を無しで済ませることができる。
半導体構造４０は、それらがエネルギー源に接続されている場合、それ自体公知の要領で、具体的に示されていない接続部を介してエネルギー供給を受ける。
実際には、ライトバンド１６２の幅は１ｍｍ〜２０ｍｍの間、好ましくは３ｍｍ〜１５ｍｍの間、そしてさらに好ましくは８ｍｍ〜１２ｍｍの間であり、厚みは１ｍｍ〜１０ｍｍの間、好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍの間である。
ライトバンド１６２内部の半導体構造４０が活動化された場合、ライトバンド１６２は、本質的に均一に点灯し、半導体構造４０の場所にはいかなる離散的光部域もみられない。したがって、ライトバンド１６２は、例えば発光性広告向けなど、従来ネオン管または類似のものが使用されてきた分野で使用することができる。ライトバンド１６２は同様に、例えば光導波路ボードなどの光導波路素子へと光を結合させるためにも使用可能である。この目的で、例えば、ライトバンド１６２は光導波路ボードの円周に沿ってその狭い表面に接着剤で接着される。
図２１および２２では、ボードの形をしたライトパネル１７４が示されている。チャンバ１７５をとり囲むジャケット１７７の２つの相対する狭い側面１７６および１７８の内部表面上で、多数の半導体素子４０が、以上でライトバンド１６２について説明した通りに、各々トラック素子１８０および１８２に接続される。
トラック素子１８０および１８２の各々から離れる方向で、内部に発光材料粒子６４および反射粒子６６が分布されているシリコーン材料６２の層６８、Ａ、ＢおよびＣが配置され、こうして２つの層Ｃはトラック素子１８０および１８２の間の中央で互いに接触するようになっている。２つの層６８内の粒子数密度は等しく、２つの層Ａ、２つの層Ｂおよび２つの層Ｃ内でも同様である。
発光材料粒子６４の粒子数密度は、層６８からその近くの層ＡおよびＢを介して層Ｃまで減少する。これとは対照的に、反射粒子６６の粒子数密度は、層６８からその近くの層ＡおよびＢを介して層Ｃまで増大する。ライトパネル１７４の場合も同様に、赤色、緑色および青色で発光し、かつ合わさって白色光を提供する異なる半導体構造４０が使用される場合、発光材料粒子６４は無しで済ませることができる。
ライトパネル１７４は、シリコーン材料６２のため可とう性があり、必要な場合には、さまざまな形状にしてその形状で固定することができる。
実際には、ライトパネル１７４の厚みは１ｍｍ〜２０ｍｍの間、好ましくは３ｍｍ〜５ｍｍの間である。
半導体構造４０が活動状態にある場合、ライトパネル１７４は、図２２中にその１つが見られるその主表面１８４全体にわたり均等な光分布で光を発出する。
以上で説明されている図１〜２２の全ての実施形態は、紫外線または可視光線波長範囲内で放射線を発出する半導体構造４０の使用に関して説明された。代替的には、その他の波長の放射線、詳細には赤外域内の放射線を発出するその他の半導体構造も使用することができる。
図１〜１８の以上で説明した全ての実施形態の場合においては、シリコーン塊６２から多数の層６８、Ａ〜Ｋおよび７０が提供され、発光材料粒子６４および反射粒子６６の粒子数密度は半導体構造４０から離れる方向に変化し、詳細にはこの方向に減少する。図１９〜２２の実施形態の場合、発光材料粒子６４および反射粒子６６の異なる粒子数密度を伴うシリコーン塊６２製のより少ない層が存在する。
しかしながら、優れた光の色または照明効果を達成するためには、原則的に、異なる粒子数密度で発光材料粒子６４および／または反射粒子６６が存在する少なくとも３つのこのような層または領域が提供されれば充分である。均等な変化がより優れた結果を導くにせよ、半導体構造４０から離れる方向における発光材料粒子６４または反射粒子６６の粒子数密度の変化特に減少を、不均等にすなわち異なる規模の段階を経て行う可能性もある。

Claims (25)

  1. ランプデバイスであって、
    ａ）電圧が印加された時点で一次放射線を発出する発光体（４０；９４）と；
    ｂ）少なくとも部分的に発光体（４０；９４）をとり囲み、一時放射線と、相互作用する固体粒子（６４、６６）と；
    を有するものにおおいて、
    ｃ）粒子（６４、６６）の粒子数密度が、第１の粒子数密度から第２の粒子数密度まで、発光体（４０；９４）から遠ざかる少なくとも１つの方向で変化している、
    ことを特徴とするランプデバイス。
  2. 粒子（６４、６６）が、一次放射線を吸収し二次放射線を発出する発光材料粒子（６４）および／または反射粒子（６６）、詳細には硫化バリウム、亜硫酸バリウム、硫酸バリウムまたは二酸化チタン粒子を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のランプデバイス。
  3. 粒子数密度の変化が減少である、ことを特徴とする請求項２に記載のランプデバイス。
  4. 粒子数密度が均等に減少する、ことを特徴とする請求項３に記載のランプデバイス。
  5. ａ）その他の領域と比べて発光体（４０；９４）の最も近くに配置されている第１の領域（６８）内に、最大の粒子数密度が存在すること；
    ｂ）その他の領域と比べて発光体（４０；９４）から最も遠くにある第２の領域（７０）内に最小の粒子数密度が存在すること、
    を特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のランプデバイス。
  6. 最大粒子数密度が最小粒子数密度の
    ５〜１０，０００倍、
    好ましくは１０〜１００倍、
    さらに好ましくは１０〜２０倍である、
    ことを特徴とする請求項５に記載のランプデバイス。
  7. ａ）最大粒子数密度が、
    立方センチメートルあたり粒子５００〜２０，０００個、
    好ましくは粒子１０００〜１０，０００個、
    さらに好ましくは粒子５，０００〜１０，０００粒個の間にあり；
    ｂ）最小粒子数密度が、
    立方センチメートルあたり粒子２〜５，０００個、
    好ましくは粒子２〜２，５００個、
    さらに好ましくは粒子２〜１，０００個の間にある、
    ことを特徴とする請求項５または６に記載のランプデバイス。
  8. 粒子（６４、６６）が、キャリア媒質（６２）により発光体との相対的位置に保持されている、ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のランプデバイス。
  9. キャリア媒質（６２）が、
    シリコーン材料、詳細には弾性シリコーン塊、または、樹脂、詳細にはエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂である、
    ことを特徴とする請求項８に記載のランプデバイス。
  10. 粒子（６４、６６）を伴うキャリア媒質（６２）が、円筒形、円錐形または半球形の体積、または円錐台の形をした区分を含み球形区分へと移行する体積、またはほぼＶ字形の体積を占有している、ことを特徴とする請求項８または９に記載のランプデバイス。
  11. 粒子（６４、６６）を伴うキャリア媒質（６２）がランプデバイス（１０；８６；１１８；１３０；１３６；１３８；１６２；１７４）のチャンバ（６０；７６；８０；８４；９０；１５０；１６５；１７５）内に配置されている、ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載のランプデバイス。
  12. チャンバ壁が少なくとも部分的にガラスまたは合成材料、詳細にはエポキシ樹脂またはポリエステル樹脂製である、ことを特徴とする請求項１１に記載のランプデバイス。
  13. 多数の気泡（１０４）がキャリア媒質（６２）内に提供されている、ことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載のランプデバイス。
  14. キャリア媒質（６２）内の気泡（１０４）の密度が、
    １ｃｍ3あたり気泡５００〜２０，０００個という値、
    好ましくは１ｃｍ3あたり気泡１，０００〜１０，０００個という値、
    さらに好ましくは１ｃｍ3あたり気泡３，０００〜５，０００個という値を有する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のランプデバイス。
  15. 気泡（１０４）が、
    ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、
    好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍ、
    さらに好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの直径を有する、
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載のランプデバイス。
  16. 粒子（６４、６６）を伴うキャリア媒質（６２）によって決定され互いから一定の距離を置いて配置されている多数の体積が存在する、ことを特徴とする請求項８〜１５のいずれか一項に記載のランプデバイス。
  17. 粒子（６４、６６）を伴うキャリア媒質（６２）によって決定され互いから一定の距離を置いて配置されている２つの体積が存在する、ことを特徴とする請求項１６に記載のランプデバイス。
  18. 粒子（６４、６６）を伴うキャリア媒質（６２）によって決定され互いから一定の距離を置いて配置されている３つの体積が存在する、ことを特徴とする請求項１７に記載のランプデバイス。
  19. 体積が光源（１４０）の多数の収容領域（１４２、１４４）内に提供されている、ことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載のランプデバイス。
  20. 光源（１４０）が円筒形であり収容領域（１４２、１４４）がその軸に平行なチャンネルの形をしている、ことを特徴とする請求項１７に記載のランプデバイス。
  21. 発光体（４０；９４）は、電圧が印加された時点で光を発出する少なくとも１つの半導体構造（４０；９４）を含む、ことを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載のランプデバイス。
  22. 少なくとも１つの発光半導体構造（４０；９４）は、電圧が印加された時点で青色光を発出する、ことを特徴とする請求項２１に記載のランプデバイス。
  23. 発光体（４０）には、少なくとも１つの赤色光半導体構造（４０ａ）、少なくとも１つの緑色光半導体構造（４０ｂ）、および少なくとも１つの青色光半導体構造（４０ｃ）が含まれている、ことを特徴とする請求項２１に記載のランプデバイス。
  24. 発光体（４０）が少なくとも１つの赤外線半導体構造（４０；９４）および／または少なくとも１つの紫外線半導体構造（４０；９４）を含む、ことを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか一項に記載のランプデバイス。
  25. 固体粒子（６４、６６）、詳細には発光材料粒子（６４）および／または反射粒子（６６）が、異なる粒子数密度で存在する少なくとも３層（６８、Ａ〜Ｋ、７０）がある、ことを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか一項に記載のランプデバイス。
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