JP2013222957A

JP2013222957A - 光源モジュール

Info

Publication number: JP2013222957A
Application number: JP2012116372A
Authority: JP
Inventors: ▲呉▼易座; Yi-Tsuo Wu; Yen Chuan Chu; 朱延專
Original assignee: Radiant Opto Electronics Corp
Current assignee: Radiant Opto Electronics Corp
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-10-28
Also published as: US20130272029A1; TW201341725A

Abstract

【課題】光源モジュールを提供する。
【解決手段】この光源モジュールは、導光素子と、少なくとも１つの光源と、蛍光体と、を備える。導光素子は、入光面と、入光面に対向する出光面と、を含む。光源の発光面は、導光素子の入光面に向かっている。蛍光体の少なくとも１つの受光領域は、導光素子の出光面に向かっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源モジュールに関し、特に、蛍光体を有する光源モジュールに関する。

従来の光源モジュールは、光源として、タングステン電球又は蛍光灯を使用することが多いが、タングステン電球又は蛍光灯は、高エネルギー消費で、輝度が低く質量が重い等の欠点を持っているため、従来の光源モジュールは、現代の科学技術の発展動向及び環境保護の要求に適わなくなっている。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ‐ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ；ＬＥＤ）は、よくある点光源であり、高輝度及び節電等のメリットを持っている。そのため、ＬＥＤには従来の光源モジュールの光源に取って代わって、従来の技術の欠点を改善する望みがある。

ＬＥＤを広面積の光源モジュールに適用しようとする時、光源モジュールの要求を満たすために、大量のＬＥＤを設けなければならない場合が多い。しかしながら、ＬＥＤの発光波長及び発光強度はよくＬＥＤのパッケージゲル体に影響されるため、ＬＥＤの間に、発光波長又は発光強度の差異による光源モジュールの光色又は輝度のバラツキが生じやすくなる。

また、ＬＥＤを白色光光源モジュールに適用しようとする場合、青色光、緑色光及び赤色光ＬＥＤを大量に設けることで、光源モジュールの発光色を混合させて白色光にする必要がある。しかしながら、ＬＥＤを大量に設けると、光源モジュールの体積を増加させてしまうため、この光源モジュールは、軽薄化の発展動向に合致できなくなる。

現在、よく見られる白色光光源モジュールの設計として、発光材料をＬＥＤのパッケージゲル体に設ける第１の方法と、発光材料を導光板の上に設ける第２の方法という二つの方式がある。第１の方法は、ＬＥＤの発光によって発光材料を励起し、発光材料に吸収されていないＬＥＤ光と発光材料の励起光を混合させて白色光にする。しかしながら、発光時間の増加に伴い、発光材料の光変換機能がＬＥＤから生じた熱エネルギーに影響されやすくなる。

第２の方法は、ＬＥＤから生じた熱エネルギーによる発光材料への影響を避けることができるが、発光材料を導光板に設ける工程において傷ができた場合、導光板は再度使用できなくなる。また、この方法は、光源モジュールの光色のバラツキを避けるのに、大量の発光材料を使用する必要がある。このように、光源モジュールの製造コストを大幅に増加させることがある。

これに鑑みて、従来の光源モジュールの欠点を改良した光源モジュールを提供することが望まれている。

そのため、本発明の一態様は、多様な光源モジュールの光色要求を満たすために、光励起材料によって光源モジュールの光色を調整する光源モジュールを提供する。

本発明の別の態様は、その発光材料が光源に接触しないので、光源からの熱による発光材料の光変換機能への影響を避けることができ、更に、発光材料の寿命を伸ばすことができる光源モジュールを提供する。

本発明の更に他の態様は、導光素子によって光源の発光範囲を収束し、光を蛍光体に効果的に導くことができるため、発光材料の使用量を削減することができる光源モジュールを提供する。

本発明のもう１つの態様は、導光素子によって光源からの光を十分に混合させ、光源の間に発光波長又は発光強度の差異による光色又は輝度のバラツキが生じる欠陥を減少させることができる光源モジュールを提供する。

本発明の前記態様に基づき、光源モジュールを提供する。一実施例において、この光源モジュールは、導光素子と、少なくとも１つの光源と、蛍光体と、を備える。導光素子は、入光面と、入光面に対向する出光面と、を含む。光源の発光面は、導光素子の入光面に向かっている。蛍光体の少なくとも１つの受光領域は、導光素子の出光面に向かっている。

本発明の一実施例によると、導光素子は、厚さが均一の導光板である。

本発明の別の実施例によると、導光板の材料は、高分子材料である。

本発明のまた他の実施例によると、光源は、少なくとも１つの発光波長を有する複数の光源を含む。

本発明のもう１つの実施例によると、蛍光体は、キャリヤー及び複数の発光材料を含む。

本発明のもう１つの実施例によると、キャリヤーの材料は、光透過材料である。

本発明のもう１つの実施例によると、光透過材料は、高分子材料又はガラスである。

本発明のもう１つの実施例によると、発光材料は、少なくとも１つの光励起材料を含有する。

本発明のもう１つの実施例によると、発光材料は、キャリヤーの表面に噴布又は塗布される。

本発明のもう１つの実施例によると、発光材料は、キャリヤーの中に散布される。

本発明の前記態様に基づき、光源モジュールを提供する。一実施例において、この光源モジュールは、導光素子と、少なくとも１つの光源と、蛍光体と、を備える。導光素子は、入光面と、入光面に対向する出光面と、を含む。光源の発光面は、導光素子の入光面に向かっている。蛍光体の少なくとも１つの受光領域は、導光素子の出光面に向かっている。蛍光体は、少なくとも１つの光励起材料を含有する複数の発光材料を含む。光励起材料は、蛍光材料、燐光材料及びその任意の組み合わせからなる群を含んでよいが、それらに限定されない。

本発明の一実施例によると、蛍光材料は、イットリウムアルミニウムガーネット、テルビウムアルミニウムガーネット、ケイ酸塩、硫化物、窒化物、窒素酸化物及びその任意の組み合わせからなる群を含んでよいが、それらに限定されない。

本発明の別の実施例によると、燐光材料は、オルトケイ酸塩基燐光体、重金属原子含有の有機金属錯体及びその任意の組み合わせからなる群を含んでよいが、それらに限定されない。

本発明の光源モジュールの発光材料は、光源に接触しないので、光源からの熱による発光材料の光変換機能への影響を避けることができる。

また、本発明の光源モジュールは、更に導光素子によって光源の発光範囲を収束し、光を蛍光体に効果的に導くことができるため、蛍光体の体積を小さくすることができ、発光材料の使用量を減少させることができ、更に、製造コストを削減することができる。導光素子は、光源からの光を十分に混合させ、光源の間に発光波長又は発光強度の差異による光色又は輝度のバラツキが生じる欠陥を減少させることも可能である。

また、本発明の光源モジュールは、多様な光源モジュールの光色要求を満たすために、光励起材料によって光源モジュールの光色を調整する。

下記図面の簡単な説明は、本発明の前記または他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。

本発明の一実施例による光源モジュールを示す断面図である。本発明の別の実施例による光源モジュールの一部を示す断面図である。

以下に、本発明における装置の構造を詳しく述べる。しかしながら、下記実施例の提供した数多くの適用可能な発明概念は、様々な特定の内容に実施可能であることは理解すべきである。ただし、述べられた特定の実施例は、説明するためのものだけであり、本発明の範囲を限定するためのものではない。

本発明の一実施例による光源モジュールを示す断面図である図１を参照する。光源モジュール１０は、導光素子１１０と、１つまたは複数の光源１０２と、蛍光体１２０と、を備える。導光素子１１０は、導光素子１１０の対向の両側に位置する入光面１１２及び出光面１１４を有する。一実施例において、導光素子１１０は、厚さが均一の導光板である。この実施例において、前記導光板の材料は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）のような高分子材料であってよい。

光源１０２は、導光素子１１０の入光面１１２に向かっている発光面１０４を有する。一実施例において、光源１０２は、発光ダイオード、レーザーダイオード、その他の適宜な点光源又は前記点光源の組み合わせであってよい。

蛍光体１２０は、導光素子１１０の出光面１１４に向かっている受光領域１２０ａを有する。蛍光体１２０は、キャリヤー１２２及び発光材料１２４を含んでよい。光源モジュール１０の発光色を調整して、光源モジュール１０の要求を満たすために、発光材料１２４は、１種類または複数の種類の光励起材料を含有してよい。

一実施例において、光励起材料は、蛍光材料（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓ）、燐光材料（ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓ）、その他の適宜な光励起材料及び前記材料の任意の混合であってよい。この実施例において、蛍光材料は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｕｍＧａｒｎｅｔ；ＹＡＧ）、テルビウムアルミニウムガーネット（ＴｅｒｂｉｕｍＡｌｕｍｉｎｕｍＧａｒｎｅｔ；ＴＡＧ）、ケイ酸塩材料（例えば、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_４Ｓｉ_３Ｏ_８Ｃｌ_４：Ｅｕ^２＋又はＢａＳｉ_２Ｏ_５：Ｐｂ^２＋）、硫化物材料（例えば、Ｂａ_２ＺｎＳ_３：Ｃｅ^３＋）、窒化物材料（例えば、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋又はＣａＡｌＳｉＮ_３）、窒素酸化物材料（例えば、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ又はＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２）、その他の適宜な光励起蛍光材料及び前記材料の任意の混合を含んでよい。この実施例において、前記の燐光材料は、オルトケイ酸塩基燐光体、重金属原子含有の有機金属錯体、その他の適宜な光励起燐光材料及び前記材料の任意の混合を含んでよい。

一実施例において、キャリヤー１２２の材料は、光透過材料であってよい。この光透過材料は、高分子材料、ガラス又はその他の適宜な材料であってよい。一実施例において、発光材料１２４は、噴布の方式によって、キャリヤー１２２の表面に形成されてよい。別の実施例において、発光材料１２４は、塗布の方式によって、キャリヤー１２２の表面に形成されてよい。

図２を参照する。また他の実施例において、光源モジュール２０の構造は、光源モジュール１０の構造とほぼ同じであり、両者の差異は、光源モジュール２０は、発光材料１２４をキャリヤー１２２の原料に混ぜてから、射出成形、押出加工、圧縮成形又は他の成形方式によってキャリヤー１２２を形成することで、発光材料１２４がキャリヤー１２２に均一に散布されることができることにある。

一実施例において、前記光励起材料の吸収波長範囲、光源モジュールの光色及び発光強度を満たすために、光源モジュールは、複数の光源１０２を含有してよい。また、これらの光源１０２は、少なくとも１つの発光波長を有してよい。

また、図１を参照する。一実施例において、光源１０２からの光１０２ａは、入光面１１２から導光素子１１０に入る。光１０２ａは、導光素子１１０において全反射され、出光面１１４を通って導光素子１１０から離れる。そして、導光素子１１０から射出された光１０２ａは、蛍光体１２０の発光材料１２４に照射され、そのうち、光１０２ａの一部が発光材料１２４に吸収されるため、発光材料１２４は、基底状態から励起状態に励起される。発光材料１２４が励起状態から基底状態に回復すると、発光材料１２４は、励起光１２４ａを発する。発光材料１２４に吸収されていない他の光１０２ａは、発光材料１２４に反射されて反射光１０２ｂとなる。このように、光源モジュール１０の発光色は、励起光１２４ａ及び反射光１０２ｂが混合した光色である。一実施例において、多様な光源モジュールの光色及び輝度の要求を満たすために、異なる発光材料１２４のキャリヤー１２２を利用することで、光源モジュール１０の発光色及び発光強度を調整することができる。

図２を参照する。同様に、光源モジュール２０において、導光素子１１０の出光面１１４から射出された光１０２ａは、蛍光体１２０の発光材料１２４に照射され、そのうち、光１０２ａの一部が発光材料１２４に吸収されるため、発光材料１２４は、基底状態から励起状態に励起される。発光材料１２４が励起状態から基底状態に回復すると、発光材料１２４は、励起光１２４ａを発する。発光材料１２４に吸収されていない他の光１０２ａは、発光材料１２４に反射されて反射光１０２ｂとなる。このように、光源モジュール２０の発光色は、励起光１２４ａ及び反射光１０２ｂが混合した光色である。

本発明の前記実施例により、本発明の光源モジュールのメリットは、本発明の光源モジュールの発光材料が、光源に接触しないので、光源からの熱による発光材料の光変換機能への影響を避けることができ、更に、発光材料の寿命を伸ばすことができることであることが判明した。

本発明は、導光素子によって光源の発光範囲を収束し、光を蛍光体に効果的に導いて、光源からの光が完全に蛍光体の発光材料に確実に照射されるため、蛍光体の体積を小さくすることができ、発光材料の使用量を削減でき、更に、製造コストを低下させることができる。また、導光素子は、光源からの光を十分に混合させ、光源の間に発光波長又は発光強度の差異による光色又は輝度のバラツキが生じる欠陥を減少させることもできる。

なお、本発明は、本発明の光源モジュールを多様な適用要求を満たすために、光励起材料によって光源モジュールの光色を調整してよい。また、本発明は、光源としてＬＥＤ等の半導体発光素子を利用することで、本発明の光源モジュールに、高輝度、節電及び軽量等のメリットを持たせ、現代の科学技術の発展動向及び環境保護の要求に合致させ、従来の光源モジュールの欠陥を改良することができる。

本発明では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１０、２０光源モジュール
１０２光源
１０２ａ光
１０２ｂ反射光
１０４発光面
１１０導光素子
１１２入光面１１４出光面
１２０蛍光体
１２０ａ受光領域
１２２キャリヤー
１２４発光材料
１２４ａ励起光

Claims

入光面と、前記入光面に対向する出光面と、を含む導光素子と、
発光面が前記導光素子の前記入光面に向かっている少なくとも１つの光源と、
少なくとも１つの受光領域が前記導光素子の前記出光面に向かっている蛍光体と、
を備える光源モジュール。
前記導光素子は、厚さが均一の導光板である請求項１に記載の光源モジュール。
前記導光板の材料は、高分子材料である請求項２に記載の光源モジュール。
前記高分子材料は、ポリメタクリル酸メチル又はポリカーボネートである請求項３に記載の光源モジュール。
前記少なくとも１つの光源は、少なくとも１つの発光波長を有する複数の光源を含む請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光源モジュール。
前記蛍光体は、キャリヤー及び複数の発光材料を含む請求項１に記載の光源モジュール。
前記キャリヤーの材料は、光透過材料である請求項６に記載の光源モジュール。
前記光透過材料は、高分子材料又はガラスである請求項７に記載の光源モジュール。
前記発光材料は、少なくとも１つの光励起材料を含有する請求項６に記載の光源モジュール。
前記少なくとも１つの光励起材料は、蛍光材料、燐光材料及びその任意の組み合わせからなる群から選ばれるものである請求項９に記載の光源モジュール。
前記蛍光材料は、イットリウムアルミニウムガーネット、テルビウムアルミニウムガーネット、ケイ酸塩、硫化物、窒化物、窒素酸化物及びその任意の組み合わせからなる群から選ばれるものである請求項１０に記載の光源モジュール。
前記燐光材料は、オルトケイ酸塩基燐光体、重金属原子含有の有機金属錯体及びその任意の組み合わせからなる群から選ばれる請求項１０に記載の光源モジュール。
前記発光材料は、前記キャリヤーの表面に噴布又は塗布される請求項６乃至請求項１２のいずれか一項に記載の光源モジュール。
前記発光材料は、前記キャリヤーに散布される請求項６乃至請求項１２のいずれか一項に記載の光源モジュール。
入光面と、前記入光面に対向する出光面と、を含む導光素子と、
発光面が前記導光素子の前記入光面に向かっている少なくとも１つの光源と、
蛍光材料、燐光材料及びその任意の組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも１つの光励起材料を含有する複数の発光材料を含み、少なくとも１つの受光領域が前記導光素子の前記出光面に向かっている蛍光体と、
を備える光源モジュール。
前記蛍光材料は、イットリウムアルミニウムガーネット、テルビウムアルミニウムガーネット、ケイ酸塩、硫化物、窒化物、窒素酸化物及びその任意の組み合わせからなる群から選ばれるものである請求項１５に記載の光源モジュール。
前記燐光材料は、オルトケイ酸塩基燐光体、重金属原子含有の有機金属錯体及びその任意の組み合わせからなる群から選ばれるものである請求項１５又は請求項１６に記載の光源モジュール。