JP2012507844A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、発光装置1であって、−第１波長範囲の光を発する光源2と、−前記光源2により発される前記光の少なくとも一部を受ける受光表面4、前表面31、後表面32を有する導光体であって、前記前表面及び前記後表面において全内部反射により前記第１波長範囲の光をガイドするための導光体と、−前記導光体からの光をアウトカップリングする複数のアウトカップリング要素5であって、これにより、当該アウトカップリング要素によってアウトカップリングされる前記光の少なくとも一部が前記後表面を通じて前記導光体を出るようにされる、アウトカップリング要素と、−前記導光体からアウトカップリングされる光を反射するように前記導光体の後方に構成される反射部材6と、−前記第１波長範囲の光を第２波長範囲の光へ変換するために前記導光体の外側に構成される波長変換材料を含む波長変換部材8と、を含む発光装置に関する。有利には、本発明に従う発光装置において、色、色温度及び／又は演色性指数は、波長変換部材を修正することにより調節され得る。結果として、暖系として知覚される白色光が達成され得る。
Description
本発明は、少なくとも第１波長範囲の光を発する光源、導光体、前記導光体からの光をアウトカップリングする複数のアウトカップリング要素、前記導光体からアウトカップリングされる光を反射するように構成される反射部材、及び、波長変換材料を含む波長変換部材、を含む発光装置に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づく発光装置は、広い種類の照明応用例に関して益々使用されている。ＬＥＤは、長寿命、白熱灯及び蛍光灯などの従来の光源に対し、高光束効率、低動作電圧、高純度のスペクトル色、及び光束出力の高速な変調を含む有利な点をもたらす。しかし、ＬＥＤ照明が有する一つの課題は、「暖系」白色光の提供である。現在入手可能な高光束効率（〜75lm/watt）を有するＬＥＤは、高い色温度（〜6000K）を有する光を生成し、したがって、「冷系」白色として知覚される。大抵の一般照明応用例に関して、3000K又はそれ以下の色温度が好まれる。加えて、光は、優れた演色性指数を有するべきである。
優れた演色性指数を有する低い色温度は、ＬＥＤの照明と組み合わせられる蛍光体を用いて達成され得る。従来は、蛍光体は、ＬＥＤチップに直接付着される接着剤に埋め込まれている。しかし、このような解決法において、蛍光体は、ＬＥＤによって生成される熱及び光束に同時に晒される。結果として、非常に多くの場合、この種のＬＥＤ及び蛍光体の解決法は、必要な寿命要件を満たさない。
米国特許出願書類第2007/0086184A1号は、一次光を生成する１つ又は複数の光源、一次光を均一化させる光混合領域、一次光を二次光へ変換する波長変換層、及び二次光を受け二次光を透過させる光透過領域、を含む照明システムを開示する。しかし、このシステムの波長変換層は、波長変換事象による熱の生成により過熱されるリスクを有し、これにより、波長変換効率の低下を生じさせる（熱クエンチングとして知られる現象）。
したがって、改善された発光装置に関する技術における必要性が存在する。
本発明の目的は、改善された発光装置を提供することである。一つの特定の目的は、効率的であり、且つ、発される光の色、色温度及び／又は演色性指数（CRI）の効率性及び調節を可能にするＬＥＤに基づく発光構成において使用するのに特に適した発光装置を提供することである。
一つの態様において、本発明は、
−第１波長範囲の光を発する光源と、
−前記光源により発される前記光の少なくとも一部を受ける受光表面、前表面、後表面を有する導光体であって、前記前表面及び前記後表面において全内部反射により前記第１波長範囲の光をガイドするための導光体と、
−前記導光体からの光をアウトカップリングする複数のアウトカップリング要素であって、これにより、当該アウトカップリング要素によってアウトカップリングされる前記光の少なくとも一部が前記後表面を通じて前記導光体を出るようにされる、アウトカップリング要素と、
−前記導光体からアウトカップリングされる光を反射するように前記導光体の後方に構成される反射部材と、
−前記第１波長範囲の光を第２波長範囲の光へ変換するために前記導光体の外側に構成される波長変換材料を含む波長変換部材と、
を含む発光装置に関する。
−第１波長範囲の光を発する光源と、
−前記光源により発される前記光の少なくとも一部を受ける受光表面、前表面、後表面を有する導光体であって、前記前表面及び前記後表面において全内部反射により前記第１波長範囲の光をガイドするための導光体と、
−前記導光体からの光をアウトカップリングする複数のアウトカップリング要素であって、これにより、当該アウトカップリング要素によってアウトカップリングされる前記光の少なくとも一部が前記後表面を通じて前記導光体を出るようにされる、アウトカップリング要素と、
−前記導光体からアウトカップリングされる光を反射するように前記導光体の後方に構成される反射部材と、
−前記第１波長範囲の光を第２波長範囲の光へ変換するために前記導光体の外側に構成される波長変換材料を含む波長変換部材と、
を含む発光装置に関する。
本発明に従う発光装置は、光源から距離おいて構成される波長変換材料を有することから利益を受け、例えば、光源に関して複数のＬＥＤを使用する場合、いくつかのＬＥＤからの光は、波長変換材料に到達する前に混合され得、これにより、個別のＬＥＤ間の放射特性における差は平均化されるようになり、これにより、何の見え得るアーチファクトも無いようにさせる。更に、本発明に従う発光装置は、光線がＬＥＤダイへ向かって散乱されて戻ることにより失われることが殆ど無いので、高い光束効率を有し、且つ、「間違った」方向において発される波長変換光は観察者の方向へ反射され得るので、高い光再循環効率をも可能にする。
更に、波長変換材料を導光体の外側に構成することは、波長変換材料の効率的な冷却を可能にし、したがって、波長変換材料の熱的クエンチングを避ける。
有利には、本発明に従う発光装置において、色、色温度及び／又はＣＲＩは、波長変換部材（例えば、波長変換材料の相対的被覆率）を修正することによって調節され得る。結果として、「暖系」又は「冷系」白色光は、望まれるとおりに達成され得る。大抵の一般照明応用例において、「暖系」白色光（すなわち低い色温度を有する白色）は、望ましい。更に、アウトカップリング要素の被覆率を適合することによって、導光体からの光の望ましい配分が達成され得る。
光再循環効率並びに光の混合及び配分を更に改善させるために、前記発光装置の前記反射部材は拡散的であり得る。
前記波長変換部材及び前記反射部材は、光の良好な混合及び配分を提供するために、前記導光体の異なる側部に設けられ得る。例えば、前記波長変換部材は、前記導光体の前方に設けられ得る。代替的に、前記波長変換部材は、前記導光体から前記反射部材への光の経路、通常、導光体及び反射部材の間に、構成され得る。本発明の実施例において、前記波長変換材料は、前記反射部材に構成され得、したがって、波長変換材料は、反射部材を介して波長変換材料と熱的接触にあるように構成されるヒートシンクを用いて、このヒートシンクが光の経路を観察者に対してブロックすることなく、効率的に冷却され得る。例えば、ヒートシンクは、反射部材の後部側に構成され得る。また、波長変換材料を反射部材に構成することは、空間を節約し、光が透過されるべき波長変換材料を支持するための透明基板によって引き起こされるいかなる望ましくないフレネル反射をも防ぐ。
更に、前記波長変換部材は、波長変換材料を含む複数の個別区域を含み得る。有利には、波長変換材料による相対的被覆率（％）は、この場合、区域の密度及びサイズを適合させることによって製造において容易に適合され得る。したがって、望ましい色及び／又は色温度及び／又は演色性指数が達成され得る。また、異なる種類の波長変換材料を含む区域は、容易に製造され得る。
波長変換材料を含む前記の個別的な区域に代替的に又は追加的に、前記波長変換部材は、波長変換材料を含む連続層を含み得る。連続層は、波長変換材料の被覆率の均一性の改善を提供し得る。
更に、前記複数のアウトカップリング要素は、前記導光体の外側表面に設けられ得る。通常、前記複数のアウトカップリング要素は、導光体の前表面に、又は、代替的に、導光体の後表面において、設けられ得る。前記アウトカップリング要素は、散乱材料を含み得る。アウトカップリング要素に関する散乱材料を用いることは、安価であり、何の構造的な要素も導光体に作製される必要もないので、導光体の作製は簡素化される。
本発明の実施例において、前記アウトカップリング要素による前記前表面の相対的な被覆率は、前記導光体に沿って前記受光表面からの距離に伴い増加し得る。したがって、導光体の長さの全てにわたって均一な強度の光のアウトカップリングが達成され得る。
通常、本発明に従う発光装置の前記光源は、少なく１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。
別の態様において、本発明は、上述の発光装置のいずれかの実施例における導光体にも関する。
本発明のこれら及び他の態様は、本発明の現在好ましい実施例を示す添付図面に参照して、以下により詳細に記載される。
図に例示されるように、層及び区域のサイズは、例示的な目的に関して大げさに示され、したがって、本発明の実施例の一般的な構造を例示するために提供される。
図１は、本発明の実施例に従う発光装置の概略的断面図を示す。発光装置１は、少なくとも第１波長範囲の光を発するように適合される光源２を含む。光源によって発される光は、通常、可視光から近紫外線である。この第１波長範囲は、通常、380〜520nm、好ましくは440〜480nm、より好ましくは450nm〜470nmである。光源は、少なくとも１つのＬＥＤを含み得る。上述の放射波長範囲を有するＬＥＤ、及び、他の放射波長を有するＬＥＤは、当業者に知られている。
任意選択的に、光源は、異なる放射特性を有する複数のＬＥＤを含み得る。例えば、複数のＬＥＤのうち、少なくとも１つのＬＥＤは、支配的に470nmで光を発し得、この場合、少なくとも１つの他のＬＥＤは、支配的に450nmで光を発し得る。光源からの異なる波長の相対的放射を適合させることによって、発光装置によって発される光の色温度は調節され得る。結果として、「暖系」又は「冷系」白色光は、望まれるとおりに達成され得る。
光源２によって発される前記第１波長範囲の光、及び任意選択的に、光源２によって発される他の波長範囲の光は、導光体３の受光表面４を介して導光体３へカップリングされ得る。通常、光源２は、導光体３に隣接して構成され、動作において、受光表面４の方向に概して光を発している。しかし、光源は、他の方向へも光を発し得、この場合、光は、受光表面４へ達する前に反射材料によって方向転換され得る。本発明の実施例において、導光体３は、複数の受光表面を含み得、各受光表面４は、少なくとも１つの光源２によって発される光を受ける。例えば、各受光表面４は、個別のＬＥＤによって発される光を受け得る。代替的に、複数の受光表面は、同一の光源、例えば同一のＬＥＤによって発される光を受け得る。
導光体３は、更に、前表面３１及び後表面３２を有する。導光体３へカップリングされているので、前記第１波長範囲の光は、少なくとも前表面３１及び後表面３２において全内部反射によって伝播される。導光体３は、導光体に関して従来使用されるいかなる材料でも作製され得る。
本文書で使用されるように、「導光体」という用語は、光源によって発される光を受けるように構成される光学要素であって、前記光の少なくとも一部が導光体の少なくとも１つの表面において全内部反射の影響を受ける光学要素を参照する。通常、光は、前表面及び後表面などの、少なくとも２つの表面において全内部反射の影響を受ける。円筒形又は管状導体の場合において、光は、導光体の連続的なエンベロープ表面において全内部反射の影響を受け得る。
図１に示される実施例において、導光体３は、光源２から長手方向に延在し、導光体３の受光表面４は、光源２に面する。発光装置１は、異なる方向へ延在する２つ又はそれ以上の導光体を含み得る。導光体は、いかなる適した形状をも有し得、例えば、ロッド、板、円板、円板の一部などであり得る。本発明の実施例において、導光体３は、円板状形状を有し得、平面において光源を少なくとも部分的に円状に配置させ得、受光表面４は、光源２に面する内部表面を形成する。本発明の実施例において、光源は、板の形状を有し得、光源が構成される少なくとも１つの空洞又は穴部を含み得、前記空洞又は穴部は、したがって、光学チャンバを形成し、そしてまた、導光体の受光表面を規定する。このような空洞又は穴部は、例えば、ダイアモンドの形状を有し得る。各このようなダイアモンド形状空洞又は穴部は、通常、例えばＬＥＤなどの単一の光源からの光が導光体へカップリングされ得る少なくとも２つの受光表面を規定する。本発明更に他の実施例において、導光体３は、任意選択的に少なくとも一つのアレイで構成される、複数の空洞又は穴部を含み得、このようなＬＥＤなどの光源は、各空洞又は穴部に構成され、各受光表面を介して導光体へカップリングされる光を発する。例えば、非常に薄い板形状導光体は、板形状導光体の対応する長手側に沿って位置される前記空洞又は穴部の２つのアレイを含み得、光源は、各空洞又は穴部に構成される。ＬＥＤが構成される上述の空洞又は穴部を含む導体を含む発光装置は、バックライト応用例において使用するのに適し得る。
更に、図１の導光体３の前表面３１は、導光体３の長手方向に延在し、発光装置１によって発される光の観察者に面する。後表面３２も、導光体の長手方向に延在し、そして、装置１によって発される光の観察者から反対にある導光体３の側において位置される。前表面３１及び後表面３２は、導光体の外側にある媒体又は材料との界面を形成する。導光体３の外側にある媒体又は材料は、空気であり得る、又は、液体もしくは個体であり得る。例えば、導光体は、導光体の屈折率より低い屈折率を有する透明材料に少なくとも部分的に埋め込まれ得る。このような材料は、例えば、スクラッチ耐性層などとして機能するクラッド層を形成し得る。更に、機械的支持の目的のために、導光体は、固体材料との接触にあり得る。機械的支持材料の屈折率が導光体の屈折率より高い場合、導光体の前記材料との接触領域は、一般的に望ましくない機械的支持材料によって光の拡張的なアウトカップリングを生じさせないように、小さくあるべきである。
光アウトカップリング要素５は、導光体３からの光をアウトカップリングするために導光体３において設けられる。アウトカップリング要素は、反射及び／又は散乱された光が結果的に後表面３２に当たる場合に、全内部反射を生じさせない角度で、入射光の少なくとも一部を反射及び／又は散乱させるように適合される。しかし、アウトカップリング要素５によって反射される光の少なくとも一部は、後表面３２を介して導光体３を出る。アウトカップリング要素５によって反射又は散乱される光の別部分は、後表面３２において全内部反射を生じさせる。
したがって、光線は、アウトカップリング要素によって反射及び／又は散乱されているので、導光体と導光体の外側における空気などの媒体との間の界面におけるまさに次の入射において、導光体を抜け出し得る。しかし、アウトカップリング要素に入射する光の一部は、導光体３内における連続的な全内部反射を生じさせる角度で反射され得る。通常、アウトカップリング要素５は、導光体３からの前記第１波長範囲の光のアウトカップリングを達成する。
図１に示される実施例の光アウトカップリング要素５は、導光体３の前表面３１に設けられる。光カップリング要素は、くぼみ、くさび、又は頂角などの表面変形などの、導光体の構造的要素であり得る、及び／又は、導光体の表面に配置される散乱材料を含み得る。図１〜３に示される本発明の実施例において、光アウトカップリング要素は、導光体の表面に構成される拡散的反射材料の個別的な区域、又はドット、から形成される。このような拡散的反射材料のドットは、印刷技術などを用いて設けられ得る。適切な材料の例は、チタン二酸化物を含む。適切な拡散的反射材料は、当業者に知られている。
本発明の実施例において、光カップリング要素は、前記第１波長範囲の光をわずかに透過させる、又は、何の光も透過させない。透過される第１波長範囲の光（例えば、青色光）は、第２波長範囲（例えば、黄色光）への変換に関する波長変換材料によって受けられ得ないので、白色発光装置の性能は、アウトカップリング要素によって透過されることにより失われる前記第１波長範囲の光の量によって影響を受け得る。通常、光アウトカップリング要素は、第１波長範囲の入射光の30%又はそれ以下を透過し得る。発光装置の効率を更に向上させるために、例えば、第１波長範囲の入射光の20%又はそれ以下、例えば10%又はそれ以下など、はアウトカップリング要素によって透過され得る。
光アウトカップリング要素５の配分は、発光装置から発される光の望まれる分布を得るために適合され得る。例えば、アウトカップリング要素の相対的な被覆率は、導光体の長さに沿って増加し得、これにより、アウトカップリング要素は、受光表面４に近い導光体３の領域におけるよりも、受光表面４から離れた導光体３の領域においてより密に構成されるようにされる。このようなアウトカップリング要素の配分は、導光体の長さの全てにわたって均一な強度の光のアウトカップリングを可能にする。アウトカップリング要素５は、導光体から望まれる光アウトカップリング配分を得るためにいずれかの適切なパターンで構成され得る。アウトカップリング要素の可能な配分は、図４に例示され、図４は、受光表面４を含み、前表面３１に構成される複数のアウトカップリング要素５を有する導光体３の斜視図である。
更に、反射部材６は、アウトカップリングされていた光を後表面３２を介して導光体３へ戻るように反射するように構成され、光アウトカップリング要素５を介して、反射光は、その後、全内部反射の影響を受けることなく透過され得る。反射部材６は、通常、導光体３の後方において設けられる。反射部材は、例えば、金属又はMCPETなどの反射性ポリマなどの、この分野で使用されているいずれかの従来型の反射性材料から作製される拡散的反射板又は層であり得る。
更に、波長変換材料７を含む複数の区域７は、反射部材６に構成される。したがって、反射部材６は、組み合わされた反射性及び波長変換性部材である。波長変換材料は、第１波長範囲の光を第２波長範囲の光へ変換するように、すなわち、前記第１波長範囲の光を吸収し、前記第２波長範囲の光を発するように適合される。したがって、導光体３の前表面３１に設けられる光アウトカップリング要素５によって導光体３からアウトカップルされる光は、後表面３２を介して導光体３を抜け出し得、その後、反射部材６によって導光体へ直接反射して戻され得る、又は、波長変換材料を含む区域７に入射する場合、波長変換材料によって変換及び／又は散乱され得る。波長変換材料によって放射又は散乱される光の一部も、反射部材６によって導光体３へ反射され得る。反射部材６及び／又は波長変換材料によって反射及び／又は散乱される前記第１波長範囲の光、及び、前記波長変換材料によって発される前記第２波長範囲の光は、導光体３を通じて透過され得、これにより、前表面３１を介して導光体を抜け出し得る。したがって、発光装置１は、非変換及び変換光の良好な混合を提供する。
波長変換材料によって発される光は、波長変換材料によって散乱され、そして、反射部材６によって拡散的に反射され得るので、変換光の一部は、導光体３に入射した後に全内部反射の影響を受け得る。しかし、導光体３内の全内部反射に影響を受ける光の主要部分は、導光体３から（まだ）アウトカップルされていなかった前記第１波長範囲の光である。
波長変換材料は、分野において、蛍光体としても知られているいずれかの適切な波長変換材料であり得る。しかし、好ましい波長変換材料は、特に三価セリウム又は二価ユーロピウムでそれぞれドープされるガーネット及び窒素から選択され得る。ガーネットの実施例は、具体的には、A3B5O12ガーネットを含み、この場合、Aは少なくともイットリウム(Y)又はルテチウム(Lu)を含み、Bは少なくともアルミニウム(Al)を含む。このようなガーネットは、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、又は、セリウム及びプラセオジムの組み合わせを用いて、しかし特にCeを用いてドープされ得る。通常、Bはアルミニウムを含むが、Bは、部分的に、ガリウム(Ga)及び／又はスカンジウム(Sc)及び／又は(In)も含み得る。別の態様において、B及びOは、少なくとも部分的にSi及びNによって置換され得る。要素Aは、特に、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、及びルテチウム(Lu)からなる群から選択され得る。通常、Gd及び／又はTbは、Aの約20％までの量のみ存在する。特定の実施例において、波長変換材料は、(Y1-xLux)3B5O12:Ceを含み、ここでxは、0以上、且つ、1以下である。「:Ce」という用語は、波長変換材料における金属イオンの部分（すなわち、ガーネットにおいて：「A」イオンの一部）がCeによって置換されることを示す。例えば、(Y1-xLux)3Al5O12:Ceを仮定すると、Y及び／又はLuの一部が、Ceによって置換される。この表記は、当業者に知られている。Ceは、一般的に、10%を超えない範囲である。
他の実施例において、波長変換材料は、(Ba,Sr,Ca)S:Eu、(Ba,Sr,Ca)AlSiN3:Eu、及び(Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Euからなる群から選択される１つ以上の材料を含み得る。これらの合成物において、ユーロピウム(Eu)は、実質的二価又は二価のみであり、示される二価陽イオンの１つ以上を置換する。一般的に、Euは、陽イオンの10%より多くの量で存在し得る。用語「:Eu」は、金属イオンの一部がEuによって置換されることを示す。二価ユーロピウムは、一般的に、特にCa、Sr又はBaである上述の二価アルカリ希土類陽イオンなどの、二価陽イオンを置換し得る。
波長変換材料は、光源によって発される前記第１波長範囲の光を吸収するように適合され、この光は、通常、380〜520nm、好ましくは440〜480nm、より好ましくは450nm〜470nmの範囲の光であり、光源が、380〜520nm以外の波長範囲の光を発する場合、波長変換材料は、380〜520nmより低い及び／又は高い少なくとも１つの端点を有する波長範囲の光を吸収するように適合され得る。波長変換材料は、450nm〜750nmの波長範囲の光を発し得る。
波長変換部材が波長変換材料を含む個別的な区域を含む場合、発光装置から発される光の色温度は、波長変換材料の相対的被覆率を適合することによって調節され得る。例えば、20％の濃度の波長変換材料を含む区域の相対的被覆率は、40〜80％の範囲にあり得る。
より広い範囲の波長からの変換及び／又はより広い範囲の波長への変換を提供するために、単一の波長変換材料を用いて達成され得るよりも、１つより多い波長変換材料を用いることが望ましくあり得る。したがって、本発明の実施例において、発光装置は、第２波長変換材料を含み得る。通常、波長変換部材は、上述の第１波長変換材料を含む区域に加えて、第２波長変換材料を含む個別的な区域を含む。
第２波長変換材料は、通常、ａ）前記第１波長変換材料と同一の波長範囲の光を吸収し、第１波長変換材料によって発される光とは異なる波長範囲の光を発する、又は、ｂ）前記第１波長変換材料によって吸収される光とは異なる波長範囲の光を吸収し、第１波長変換材料によって発される光とは異なる波長範囲の光を発する。しかし、第２波長変換材料は第１波長変換材料と実質的に同一の波長範囲の光を吸収及び放射することも可能である。
本発明の実施例において、両方の波長変換材料は、光源によって発される前記第１波長範囲の異なるサブ範囲の光を吸収し得る。
有利には、波長変換光の波長範囲を拡張することによって、演色性指数は改善され得る、及び／又は、白色光の場合、色温度は低下され得る。
波長変換部材は、望ましい波長範囲の光を吸収及び放射するように適合される更なる波長変換材料をも含み得る。
２つ以上の種類の波長変換材料を用いることによって、光源によって発される光は、効率的に変換され得、発光装置によって発される光の色及び／又は色温度及び／又は演色性指数は、各波長変換材料の相対的被覆率及び濃度を適合させることによって調節され得る。
更に、波長変換部材は、波長変換材料によって生成される熱の放散に関してヒートシンクへ熱的に接続され得る。例えば、波長変換材料によって生成される熱は、波長変換材料から反射部材６を介して反射部材６と熱的に接触して構成されるヒートシンクへ延在する熱輸送経路に沿って輸送され得る。通常、ヒートシンクは、反射部材６の後方において構成される。したがって、有利には、熱は、波長変換材料から離れるように効率的に転送され得、これにより、光の経路がヒートシンクによって妨害されることなく、波長変換材料の熱的クエンチングは避けられる。ヒートシンクは、例えば、アルミニウム又は銅などの金属などの、放熱構造に関して従来の技術分野において使用されるいずれかの材料製であり得る。例えば、ヒートシンクは、機械的圧力で直接的に又は接着剤を介した、反射部材と接触しているパターン状熱伝導性板、又は、波長変換材料が構成される別の基板、であり得る。ヒートシンクは、通常、導光体３と光学的に接触していない。
図２に例示される本発明の別の実施例において、波長変換部材８は、導光体３の前方に構成される。波長変換部材８は、導光体３に面する基板の側における半透明基板９に構成される波長変換材料を含む区域７を含む。しかし、波長変換材料の区域は、代替的に又は追加的に、導光体３から離れて面する基板９に側に構成され得る。図２の実施例において、導光体３の前表面３１に設けられる光アウトカップリング要素５によってアウトカップルされる前記第１波長の光は、後表面３２を通じて導光体３を抜け出し、その結果、反射部材６によって導光体３へ反射して戻され、導光体３を通じて、その後、反射部材６によって反射された光は、透過され得る。導光体３を通じて透過される光は、その後、波長変換部材８の波長変換材料によって変換され得、観察者の方向へ送られる又は反射部材６の方向へ戻して送られる。波長変換材料を含む区域７が、実質的に何の光も透過させない又は僅かな光のみを透過させるのに十分厚く、これにより、波長変換材料によって発される波長変換光は、発光装置１を抜け出る前に反射部材６によって反射されるようにすることが望ましい。これにより、良好な光の混合が達成され得る。
波長変換部材８は、上述の第２波長変換材料を含み得る。更に、図２に例示されるように、波長変換部材８が波長変換材料を含む個別的な区域を含む場合、少なくとも１つの区域７１は、上述の第１波長変換材料を含み得、少なくとも１つの区域７２は、上述の第２波長変換材料を含み得る。区域７１及び７２は、発光装置によって発される光の色、及び／又は、色温度、を調節するなど、変換光の望ましい配分を得るために、いずれかの望ましいパターンで構成され得る。
本発明の実施例において、波長変換材料を含む個別的な区域に対する代替態様として又は加えて、波長変換部材８は、少なくとも１つの波長変換材料を含む連続層を含み得る。任意選択的に、このような層は、例えばチタン二酸化物などの散乱材料をも含み得る。このような実施例において、発光装置によって発される光の色温度は、連続層における波長変換材料の濃度、連続層の厚さ、及び／又は、連続層の波長変換材料組成を適合させることによって調節され得る。
例えば、波長変換部材８は、前記第１波長変換材料を含む連続層、及び、前記連続層に構成される、前記第２波長変換材料を含む個別的な区域、を含み得る。代替的に、連続層は、第２波長変換材料を含み得、連続層に構成される個別的な区域は、前記第１波長変換材料を含み得る。代替的に、連続層は、前記第１波長変換材料及び前記第２波長変換材料の両方を含み得る。波長変換材料を含む個別的な区域及び／又は連続層の被覆率、濃度、及びパターンは、それぞれ上述のようにされ得る。
波長変換部材８は、波長変換材料によって生成される熱の放散に関してヒートシンクと熱的に接続され得る。
図３に例示される本発明の更なる実施例において、アウトカップリング要素５は、導光体３の表面３１に設けられる。半透明基板９及び波長変換材料を含む区域を含む波長変換部材８は、導光体３の外側に設けられる。区域７は、基板９のいずれかの側に配置され得る。したがって、アウトカップリング要素５によって導光体３からアウトカップルされる前記第１波長変換範囲の光の一部は、波長変換部材８の波長変換材料によって吸収され得る。波長変換材料によって吸収されない第１波長範囲の光は、半透明基板を介して透過され得る。波長変換材料によって吸収される光の一部は、前記第２波長範囲など、異なる波長範囲の光へ変換される。波長変換材料は、ランダムな方向へ光を放射するので、波長変換光の一部は、観察者の方向へ（図の下方向）へ放射され得、波長変換光の一部は、導光体の方向へ放射され得る。導光体３の方向に放射される波長変換光は、導光体３を通じて透過され得、その結果、観察者の方向へ反射して戻され得る。導光体を通じて戻される、波長変換材料によって散乱される第１波長範囲の光（すなわち、非変換光）も、反射部材によって反射され得る。このような反射部材６を使用することによって、観察者の方向における光出力は、増加され得、非変換光及び変換光の混合は、更に改善され得る。
本発明の更なる実施例において、光源２は、複数のＬＥＤを含む。ＬＥＤは、田前記第１波長範囲の光を発するように構成され得、任意選択的に、これらは、前記第１波長範囲の異なるサブ範囲の光を発し得る。例えば、１つのＬＥＤは、470nmで支配的に光を発する一方で、別のＬＥＤは、450nmで支配的に光を発し得る。光源からの異なる波長の相対的放射を適合させることにより、発光装置によって発される光の色温度は、調節され得る。更に、異なるＬＥＤからの光は、受光表面４を通じて導光体３に入射する前に混合され得るので、個別のＬＥＤの放射特性は、１つのＬＥＤのみが光源２に使用される場合と比較されて、波長変換部材８に達する光に対してあまり目立った効果を有し得ない。代替的に、複数のＬＥＤは、前記第１波長範囲の光を発する少なくとも１つのＬＥＤ及び前記第１波長範囲とは異なる波長範囲の光を発する少なく１つのＬＥＤを含み得る。例えば、青色光波長範囲にある光を発する１つ以上のＬＥＤに加えて、緑色光波長範囲にある光を発する少なくとも１つのＬＥＤが使用され得る。光源が様々な異なる波長範囲の光を発するＬＥＤを含む実施例において、通常、異なる吸収波長範囲及び任意選択的に異なる放射波長範囲をも有する第１及び第２波長変換材料が使用される。
例
本発明の実施例に従う波長変換及び反射部分を検査するために、透明樹脂に埋め込まれるCeドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ce:YAGとも称される）蛍光体材料のドットの異なる群は、白色の拡散体(MCPET、Furukawa Electric)にそれぞれ配置された。ドットは、微細な規則的な長方形パターンで配置された。ドットにおけるCe:YAG材料の推定濃度は、20%であった。ドットの群は、25％、44％、及び100％のそれぞれの蛍光体被覆率を呈した。ドットの群、及び何の蛍光体ドットもない拡散体（０％の蛍光体被覆率を呈する）は、460nmの波長の光を発するＬＥＤからの光を用いて直角に照らされた。生じる色は、青色（0％被覆率）から黄色（100％被覆率）までの変化を有した。それぞれの群から発する光の色座標が測定された。結果は図５に示され、この場合、鎖線は黒体曲線を表す。この図から、白色光を生じる蛍光体被覆パーセンテージを発見することが可能であることが結論付けられ得る。例えば、補間により、約65％の蛍光体被覆率は6500Kの色温度を有する光を生じさせ得ることが確認され得る。波長変換材料の組成を変更することによって、いかなる望まれる色温度の光も達成され得る。
本発明の実施例に従う波長変換及び反射部分を検査するために、透明樹脂に埋め込まれるCeドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ce:YAGとも称される）蛍光体材料のドットの異なる群は、白色の拡散体(MCPET、Furukawa Electric)にそれぞれ配置された。ドットは、微細な規則的な長方形パターンで配置された。ドットにおけるCe:YAG材料の推定濃度は、20%であった。ドットの群は、25％、44％、及び100％のそれぞれの蛍光体被覆率を呈した。ドットの群、及び何の蛍光体ドットもない拡散体（０％の蛍光体被覆率を呈する）は、460nmの波長の光を発するＬＥＤからの光を用いて直角に照らされた。生じる色は、青色（0％被覆率）から黄色（100％被覆率）までの変化を有した。それぞれの群から発する光の色座標が測定された。結果は図５に示され、この場合、鎖線は黒体曲線を表す。この図から、白色光を生じる蛍光体被覆パーセンテージを発見することが可能であることが結論付けられ得る。例えば、補間により、約65％の蛍光体被覆率は6500Kの色温度を有する光を生じさせ得ることが確認され得る。波長変換材料の組成を変更することによって、いかなる望まれる色温度の光も達成され得る。
上述の実施例は、本発明を制限するよりも例示するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替態様を設計することが可能であり得ることを特記されるべきである。
請求項において、如何なる参照符号も請求項の範囲を制限するように解釈されてはならない。「有する・備える」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される以外の要素又はステップの存在を排除しない。単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しない。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のいくつかは１つの同じハードウェアの項目によって、実施化することが可能である。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されていることができないと示すものではない。
Claims (14)
- 発光装置であって、
−第１波長範囲の光を発する光源と、
−前記光源により発される前記光の少なくとも一部を受ける受光表面、前表面、後表面を有する導光体であって、前記前表面及び前記後表面において全内部反射により前記第１波長範囲の光をガイドするための導光体と、
−前記導光体からの光をアウトカップリングする複数のアウトカップリング要素であって、これにより、当該アウトカップリング要素によってアウトカップリングされる前記光の少なくとも一部が前記後表面を通じて前記導光体を出るようにされる、アウトカップリング要素と、
−前記導光体の後方に構成され、前記導光体からアウトカップリングされる光を反射する反射部材と、
−前記第１波長範囲の光を第２波長範囲の光へ変換するために前記導光体の外側に構成される波長変換材料を含む波長変換部材と、
を含む発光装置。 - 請求項１に記載の発光装置であって、前記反射部材は拡散的である、発光装置。
- 請求項１又は２に記載の発光装置であって、前記波長変換部材及び前記反射部材は、前記導光体の異なる側部に設けられる、発光装置。
- 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記波長変換部材は、前記導光体の前方に設けられる、発光装置。
- 請求項１又は２に記載の発光装置であって、前記波長変換部材は、前記導光体から前記反射部材への光の経路に構成される、発光装置。
- 請求項５に記載の発光装置であって、前記波長変換材料は、前記反射部材に構成される、発光装置。
- 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記波長変換部材は、波長変換材料を含む複数の個別区域を含む、発光装置。
- 請求項５又は６に記載の発光装置であって、前記波長変換部材は、波長変換材料を含む連続層を含む、発光装置。
- 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記複数のアウトカップリング要素は、前記導光体の外側表面に設けられる、発光装置。
- 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記複数のアウトカップリング要素は、前記導光体の前記前表面に設けられる、発光装置。
- 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記アウトカップリング要素は、散乱材料を含む、発光装置。
- 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記アウトカップリング要素による前記前表面の被覆率は、前記導光体に沿って前記受光表面からの距離に伴い増加する、発光装置。
- 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記光源は、少なくとも１つの発光ダイオードを含む、発光装置。
- 光を受ける受光表面、前表面、後表面を有する導光体であって、前記前表面及び前記後表面において全内部反射により第１波長範囲の光をガイドするための導光体であって、更に、当該導光体からの光を前記後表面を通じてアウトカップリングする複数のアウトカップリング要素を含み、当該導光体が請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の導光体。
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