JP2013522838A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、変換物質を有する照明装置に関し、一次光を二次光に変換し、前記変換物質は、変換フォトルミネッセンス物質を有し、前記変換フォトルミネッセンス物質は、前記変換物質が一次光によって照射されると、時間とともに非変換フォトルミネッセンス物質に劣化する。前記変換物質は、適応され、前記変換物質が前記一次光によって照射されると、前記変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下が、前記二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる。このことは、照明装置にとって、かりに、フォトルミネッセンス物質の大部分がブリーチしたとしても、一次光の吸収率がほんの少しだけしか低減せず、従って、同じか又はやや低減した二次光の強度でより長い寿命を供給することを可能にする。

Description

本発明は照明装置及び照明方法に関する。さらに、本発明は照明装置を製造する製造方法に関する。
ＵＳ７，４６２，８７８Ｂ２号公報は発光ダイオードチップを開示し、その発光ダイオードチップは一次電磁放射を放出するのに適した半導体層シーケンスを含み、さらに、変換層を含み、その変換層は、少なくとも１つの半導体層シーケンスの主要フェーズに適応され、少なくとも１つの蛍光体を含み、その蛍光体は一次放射部分を二次放射部分へ変換（コンバート）するのに適している。二次放射の少なくとも一部と、変換されていない一次放射の少なくとも一部とは重なり合って、結果的に生じる色空間を備えた混合放射を形成する。変換層は意図的に構成され、結果的に生じる色空間の観察角度への依存性を調整する。その少なくとも１つの蛍光体は有機蛍光体であり得る。
ＵＳ７，４６２，８７８Ｂ２
本発明の目的は、照明装置、照明方法及び照明装置を製造する方法を提供することであり、その照明装置の寿命を増大することが可能になる。
本発明の第１の側面では、照明装置が提供され、当該照明装置は：
― 一次光を二次光に変換する変換物質であって、前記変換物質は変換フォトルミネッセンス物質を含み、その変換フォトルミネッセンス物質は、前記変換物質が一次光によって照射されると、時間とともに非変換フォトルミネッセンス物質に劣化し、
― 一次光を発する一次光源であって、前記変換物質に方向付けられており、二次光を生成し、
前記変換物質は適応され、前記変換物質が一次光によって照射されると、前記変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下は、前記二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる。
先行技術では、フォトルミネッセンス物質の劣化は、フォトルミネッセンス物質による一次光の実質的な吸収損失につながる。変換物質を適応することで、変換物質が一次光により照射されるとき、変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下は、二次光の強度の相対的低下よりも大きくなり、フォトルミネッセンス物質の大部分がブリーチされたとしても、一次光の吸収は少しだけしか低下しない。照明装置は、それ故、同じか又はやや低減した二次光の強度で、より長時間にわたって使用することができる。これにより、照明装置の寿命を増大することができる。
かりに例えば一次光の第１部分だけが変換フォトルミネッセンス物質に方向付けられ、二次光を生成する場合、一次光の第２部分は変換フォトルミネッセンス物質に方向付けられず、一次光の第２部分と二次光とは混合されて、所望の色温度を有する混合光を生成することができる。変換物質は適応され、変換物質が一次光によって照射されると、変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下は二次光の強度の相対的低下よりも大きくなるので、変換物質が一次光によって照射される場合は、混合光の色温度は実質的に修正されないか、又は少しだけ修正されるだろう。
変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下は、好ましくは、第1時点での変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質と、第２時点での変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質との差であって、第１時点での変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度によって除されたものとして定義される。その第１時点は、好ましくは、一次光で変換物質の照射が始まる時点である。例えば、その第１時点は、照明装置が製造された後に、最初に変換物質が一次光で照明される時点であり得る。二次光の強度の相対的低下は、第1時点での二次光の強度と、第２時点での二次光の強度との間の差であって、第１時点での二次光の強度によって除されものとして好ましくは定義される。変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下は、好ましくは、二次光の強度の相対的低下よりも大きく、その全ての第２時点は第１時点よりも遅い。
好ましくは、変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度と、変換物質内の一次光の経路長とのうち少なくとも１つは適応され、変換物質が一次光によって照射されると、変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下は、二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる。詳しくは、変換物質は、変換フォトルミネッセンス物質として、有機蛍光体分子を含む層を形成することが可能であり、その層の厚さと有機蛍光体分子の濃度とは適応され、二次光の強度の相対的低下は動作条件の下で必要な寿命の間、１０％よりも小さい。照明装置が上述のように混合光を供給するように適応される場合は、その層の厚さと有機蛍光体分子の濃度は、好ましくは適応され、例えば、動作条件の下で必要な寿命の間、色温度のシフトは３００Ｋよりも小さいか、又は、動作条件の下で必要な寿命の間、色空間内のシフトは５カラーマッチング標準偏差（ＳＤＣＭ）よりも小さい。
所望の寿命は、例えば、１０００時間以上、５０００時間以上、又は１００００時間以上である。動作条件の下では、変換物質の温度は、例えば６０℃以上、１００℃以上、又は１２０℃以上であり、さらに、一次光の強度は、例えば０．１Ｗ／ｃｍ２以上、１Ｗ／ｃｍ２以上、又は２Ｗ／ｃｍ２以上である。好ましくは、動作条件は、変換物質に対して１２０℃及び２Ｗ／ｃｍ２の一次光強度で定義される。
照明装置は、好ましくは、信号機、車の照明、園芸用照明等々に使用されるように適応される。照明装置は、好ましくは適応され、赤色及び／又は黄色の二次光を生成する。照明装置はまた適応され、他の色や白色を生成し、緑色から赤色の発光変換フォトルミネッセンス物質が一次光で照射され、異なる色を有する二次光を生成し、それらの色は混合され白色光を生成する。とりわけ、一次光の第１部分だけが、変換フォトルミネッセンス物質に方向付けられることが可能であり、１つ以上の色を有する二次光を生成し、その二次光は一次光の第２部分と混合され、その一次光の第２部分は、変換フォトルミネッセンス物質に方向付けられておらず、白色光又は如何なる他の所望の色をも生成する。例えば、一次光は青色光であることが可能であり、二次光は赤色であることが可能であり、そうして紫色を生成する。
照明装置は好ましくは適応され、一次光、詳しくは一次光の第１部分は、変換フォトルミネッセンス物質に方向付けられ、実質的に完全に二次光に変換される。
変換フォトルミネッセンス物質は、熱や光、詳しくは一次光に晒されると、時間と共に劣化することがある。変換フォトルミネッセンス物質は、好ましくはリン光物質又は蛍光物質である。詳しくは、変換フォトルミネッセンス物質は、好ましくは有機蛍光体分子を含み、その有機蛍光体分子は、光化学反応の結果としてブリーチだけを示し、即ち、放射は主にブリーチをもたらす。有機蛍光体分子は、好ましくは、ペリレン誘導体のような有機染料である。
好ましくは、変換物質は適応され、変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下が９０％以下である場合、二次光の強度の相対的低下は１０％より小さくなり、更に好ましくは５％より、更に好ましくは３％より小さい。更なる好ましい実施形態では、変換物質は適応され、変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下が９０％以下である場合、二次光の強度の相対的低下は１％よりも小さくなる。
一実施形態では、変換フォトルミネッセンス物質、即ちフォトルミネッセンス染料は、所定の濃度と厚さとを有する層内に供給され、そうして、一次光の透過率は約１０−８％であり、劣化前の１０吸収度に相当する。変換フォトルミネッセンス物質の９０％劣化の後、吸収度は好ましくは１％になり、これは１０％の透過率に相当する。一次光の吸収と、それ故、二次光の発光は、従って、少しだけ変化する。寿命の終わりが、フォトルミネッセンス物質の約９０％の劣化であると仮定される場合、一次光の吸収は１０から１へ低下し、即ち、やはり一次光の大部分は変換フォトルミネッセンス物質によって吸収される。
変換フォトルミネッセンス物質の濃度Ｃ（ｔ）は、以下の式に従って指数関数的に減衰することが一般に想定することができる：
Figure 2013522838
 ここで、Ｃ０は、第１時点での変換フォトルミネッセンス物質の濃度を表し、その時点で、一次光による変換フォトルミネッセンス物質の照明が開始し、ａは減衰定数を表す。寿命が、二次光の強度の相対的低下が１０％に達した時点であると定義される場合、従前の照明装置の寿命は、凡そ、ｌｎ（Ｃ０／Ｃ（ｔ））／ａ＝ｌｎ（１／０．９）／ａである。本発明の好ましい一実施形態では、二次光の強度の１０％の相対的低下は、変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質の濃度の相対的低下が９０％であるときに実現される。従って、寿命はｌｎ（Ｃ０／Ｃ）／ａ＝ｌｎ（１／０．１）／ａで定義することができる。従って、この例では、寿命は、変換層の吸収率を１０のファクタで増加させることにより、ｌｎ（１／０．１）／ｌｎ（１／０．９）＝２１．８５のファクタで増加し、その吸収率は、好ましくは層の厚さ、層内の変換フォトルミネッセンス物質の濃度、及び変換フォトルミネッセンス物質の減衰係数の積によって定義される。
好ましくは、変換フォトルミネッセンス物質は、有機変換フォトルミネッセンス物質及び／又は量子ドットを含む。有機変換フォトルミネッセンス物質は好ましくは有機蛍光体である。有機蛍光体は、無機蛍光体に比べて幾つかの利点を有する。発光スペクトルの位置とバンド幅が設計されることが可能で、可視領域のどこにあってもよく、そうして高い有効性を得る。さらに、色変換の量子吸収は非常に高いことがあり、さらに有機蛍光体は高透過率を示し、即ち、一次光の反射や拡散は低減され、特には除外され、それにより、システムの効率性を更に向上する。さらには、有機的でサステナブルな性質のため、有機蛍光体は、無機蛍光体よりも数桁のオーダーで安価になり得る。また、変換フォトルミネッセンス物質が量子ドットを含む場合、発光スペクトルの位置とバンド幅は設計されることが可能で、可視領域のどこでもよく、特には量子ドットの大きさを調整することにより、高い有効性を得る。
また好ましくは、一次光源は発光ダイオードである。詳しくは、一次光源は青色一次光を生成する発光ダイオードである。青色一次光は、一般的に、最小のエネルギー損失、いわゆるストーク損失で、可視領域内の他の如何なる色に変換されることも可能である。青色発光ダイオードは非常に効率が良い。照明装置は適応され、変換フォトルミネッセンス物質によって吸収されなかった一次光と二次光との混合である混合光を生成する場合、さらに、照明装置が白色混合光を出力すべき場合、その白色混合光の青色成分は青色発光ダイオードによって供給されることができる。他の実施形態では、発光ダイオードはまた適応され、近紫外の一次光を生成する。この場合は、好ましくは、所望の白色光の青色成分は、近紫外の一次光を青色二次光に変換することにより生成される。
更に好ましくは、変換物質は、二次光を拡散する粒子を含み、導波路効果を低減する。導波路効果の低減は、二次光を変換物質からアウトカップリングすることを向上できる。照明装置の好ましい実施形態では、変換物質は、照明装置の出口窓に配置された平坦な変換層を形成し、好ましい光出口の方向は変換層が配置される平面に実質的に垂直である。特にこの場合には、導波路効果の低減は、自己吸収損失の低減につながり、また、二次光の一部が変換層の端部から照明装置の外に出るという可能性を低減し、それにより、照明装置の効率を向上する。
好ましい一実施形態では、変換物質は層を形成し、その層はデカップリング外表面を有し、二次光を外にカップリングする。そのデカップリング外表面はまた適応され、導波路効果を低減する。
更に好ましくは、変換物質は層を形成し、その層は拡散表面に光学的に連結されている表面を有し、導波路効果を低減する。
更に好ましくは、照明装置は適応され、変換フォトルミネッセンス物質によって吸収されなかった一次光と二次光とは混合され、照明装置によって出力される混合光を生成する。これにより、混合光の或る色をもたらすことができ、その混合光は混合光が照明装置を離れる角度とは実質的に独立である。
また好ましくは、変換物質は層を形成し、その層はデカップリング外表面を有し、二次光をその層からデカップリングし、一次光源と層とは配列され、そうして一次光は横断する方向に又はデカップリング外表面と平行に照射する。例えば、デカップリング外表面は拡散表面であり、拡散により二次光をデカップリングする。照明装置は好ましくはコリメータを含み、一次光をコリメートし、横断する方向に又はデカップリング外表面と並行に方向付けられる。
照明装置はシールドを含むことができ、変換フォトルミネッセンス物質を環境光から遮へいする。これは、環境光に起因する二次光の放出を抑える。そのシールドは適応され、日光や、照明装置が車内で使用される場合は、他の車からの光のような人工的な光を遮へいする。そのシールドは、好ましくはフィルタを含み、そのフィルタは適応され、変換フォトルミネッセンス物質の吸収範囲内の光を吸収し、及び／又は、反射する。そのフィルタは変換フォトルミネッセンス物質の層の外側表面上に置かれることができる。
更に好ましくは、照明装置は反射内部表面を有する反射チャンバーを含み、一次光を少なくとも１つのフォトルミネッセンス領域又は反射チャンバーの出口窓に方向付け、そのフォトルミネッセンス領域には変換物質が位置付けられる。
変換フォトルミネッセンス物質は或るパターンに配列されることができる。好ましくは、そのパターンは、少なくとも１つの変換フォトルミネッセンス物質を有する領域と、少なくとも１つの変換フォトルミネッセンス物質を有しない領域とを含む。例えば、照明装置は光出口窓を含むことができ、変換フォトルミネッセンス物質は光出口窓の全体をカバーしないが、その一部だけをカバーし、詳しくは、その光出口窓の或る領域には、変換フォトルミネッセンス物質が存在することが可能であり、その光出口窓の他の領域には変換フォトルミネッセンス物質は存在しない。光出口窓の領域は、そこには変換フォトルミネッセンス物質は存在しないが、好ましくは、一次光に対して透過的である。従って、一次光と二次光は光出口窓を離れ、混合することができ、混合色を含む混合光を生成する。変換フォトルミネッセンス物質を有する領域と有しない領域との比率は、照明装置の色温度を決定する。
好ましくは、変換物質は２つのフェーズを含む混合物を有し、変換フォトルミネッセンス物質は２つのフェーズのうちの１つだけに存在し、変換フォトルミネッセンス物質を或るパターンに配列する。２つのフェーズの他方は好ましくは透過的であり、詳しくは、一次光に対して完全に透過的である。例えば、変換フォトルミネッセンス物質は、ポリマー粒子内で分子的に分散することができる。その後、ポリマー粒子は他のポリマーの中へ分散し、混合物を生成する。また、２つの不混和のポリマーを混合することにより、混合物を生成することも可能であり、変換フォトルミネッセンス物質はポリマーのうちの１つのみの中に溶ける。変換フォトルミネッセンス物質を含まないフェーズは、一次光と二次光の体積散乱をもたらすことが可能であり、その一次光は変換フォトルミネッセンス物質によって吸収されておらず、そうして、光の混合を向上し、さらに導波路効果を低減する。
本照明装置は様々な種類の変換フォトルミネッセンス物質を含むことができ、様々な色を有する二次光を供給する。その様々な種類の変換フォトルミネッセンス物質は、混合することができ、その混合は照明装置の同一領域で供給されるか、又は、その様々な種類の変換フォトルミネッセンス物質は照明装置の分離した領域で配列することができる。その照明装置の領域は、照明装置の出口窓に供給することもできる。
本発明の更なる側面では、照明装置を製造する製造方法が提案され、その製造方法は：
― 一次光を二次光に変換する変換物質を供給するステップであり、前記変換物質は変換フォトルミネッセンス物質を含み、前記変換物質が一次光によって照射されると、時間とともに非変換物質に劣化する、ステップと、
― 前記変換物質を適応するステップであり、前記変換物質が一次光によって照射されると、前記変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質の濃度の相対的低下が二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる、ステップと、
― 一次光源を供給し一次光を発するステップと、
― 前記変換フォトルミネッセンス物質と前記一次光源とを配列するステップであり、そうして、前記一次光は前記変換物質に方向付けることができ、二次光を生成する、ステップとを含む製造方法。
本発明の更なる側面では、照明方法が供給され、一次光は一次光源によって発せられ、変換フォトルミネッセンス物質を有する変換物質に方向付けられ、その変換フォトルミネッセンス物質は、変換物質が一次光によって照射されると、時間とともに非変換フォトルミネッセンス物質に劣化し、そうして二次光を生成し、前記変換物質は適応され、前記変換物質が一次光によって照射されると、前記変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質の濃度の相対的低下は、二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる。
請求項１の照明装置、請求項１４の製造方法、及び請求項１５の照明方法は、同様の及び／又は同一視できる好ましい実施形態群を有し、詳しくは従属請求項で定義されることは理解されるべきである。
本発明の好ましい実施形態はまた、従属請求項と各独立請求項との如何なる組合せでもあり得ることは理解されるべきである。
本発明のこれらの及び他の側面は、以下で説明する実施形態群から明らかであり、その実施形態群に関連して解明されるだろう。
図１は変換物質２を含む照明装置１を概略的且つ例示的に示し、一次光を二次光の中へ接続する。変換物質２は、時間がたつと劣化する変換フォトルミネッセンス物質１５を含む。照明装置１は、一次光源３を更に含み、その一次光源３は一次光４を放射し、その一次光４は変換フォトルミネッセンス物質１５に向けられ、二次光５を生成する。変換物質２と一次光源３はケーシング６内に配置され、そのケーシング６は出口窓８を有し、二次光５がケーシング６から出ることを可能にする。変換物質２は適応されて、変換フォトルミネッセンス物質１５の９０％劣化後、その変換物質２は一次光４の９０％以上を吸収するようになる。変換物質２は層の中に供給され、そこでは、層の中の変換フォトルミネッセンス物質１５の濃度と、層内の一次光４の経路の長さ、特には層の厚さのうちの少なくとも１つが適応されて、変換フォトルミネッセンス物質１５の９０％劣化後、その変換物質は一次光の９０％超を吸収する。その層は、変換フォトルミネッセンス物質として有機蛍光体分子を含み、そこでは、層の厚さと有機蛍光体分子の濃度とは好ましくは適応されて、二次光の強度の減少は、照明装置１を１００℃で２Ｗ／ｃｍ２の一次光強度で５０００時間動作後、１０％未満である。
変換フォトルミネッセンス物質１５は、熱や光、詳しくは一次光４に晒される場合は、時間がたつと劣化する。変換フォトルミネッセンス物質は、有機色素のペリレン誘導体のような有機蛍光体分子を含む。これらの有機蛍光体分子は、熱化学反応の結果として、ブリーチだけを示し、即ち、放射は主にブリーチをもたらし、量子効率の低下や追加吸収センタの形成にはつながらない。追加的に又は代替的に、変換フォトルミネッセンス物質は量子ドットを含むことができる。
一次光源３は発光ダイオードであり、好ましくは青色一次光４を発光する。照明装置は好ましくは適応されて、赤色及び／又は黄色の一次光を生成する。また、照明装置は適応されることが可能であり、他の色又は白色光を生成し、そこでは、緑色から赤色への発光変換フォトルミネッセンス物質が一次光によって照射され、異なる色を有する二次光を生成し、さらに混ざって、白色光を生成する。
変換物質２は粒子を含み、二次光を変換物質２の範囲内で拡散する。これらの粒子は導波路効果を低減する。
さらに、層を形成する変換物質はデカップリング外表面７を有し、外に出る二次光を連結(カップリング)する。またデカップリング外表面７は適応されて、導波路効果を低減する。
有機量子ドット蛍光体は、低い光化学安定性を有する。有機分子は、図２に例示されるように、光に晒されるとブリーチすることが観察される。図２は、青色一次光に対する様々な露出の時間後の、即ち、異なるブリーチ時間に対して、変換フォトルミネッセンス物質の吸収スペクトルを示す。参照番号１０で表されるスペクトルはブリーチ無しに対応し、参照番号１１で表されるスペクトルは１６時間のブリーチに対応し、参照番号１２で表されるスペクトルは８５時間のブリーチに対応し、参照番号１３で表されるスペクトルは１０７時間のブリーチに対応する。
照明装置は、好ましくは適応されて、一次光を実質的に完全に二次光に変換し、その一次光は好ましくは発光ダイオードの光であり、その二次光は一次光の最小リークで別の色を有する。この目的のため、変換物質により形成される変換層は、好ましくは、変換フォトルミネッセンス物質の厚さと濃度を有するよう使用され、そうして、例えば９９％以上の一次光が、発光染料とみなされることも可能な変換フォトルミネッセンス物質によって変換される。図３は一次光の透過を概略的且つ例示的に示し、その一次光は例えば４５０ｎｍの波長を有し、この例では厚さ１ｍｍの変換層内の染料濃度に応じた、一次光の透過率を示している。図３は、吸収率の１０倍の減少後、まだ充分な吸収率が存在し、そうして、変換層を通る一次光の少量の漏れが存在する。図３では、例えば、変換フォトルミネッセンス物質の最初の濃度は０．４５％であって、劣化後の濃度は０．０４５％に低下すると仮定されるのなら、一次光の透過率はまだ１％よりも小さいことが見て取れる。このことは、変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質の濃度の相対的低下後、一次光の９０％、さらに９９％以上が変換フォトルミネッセンス物質によって吸収されることを意味する。従って、二次光の強度低下は、劣化前の二次光の最初の強度に比べると、相対的に小さい。
図４乃至６は照明装置の更なる実施形態を示す。照明装置１０１は変換物質１０２を含み、一次光を二次光へ変換し、そこでは、変換物質１０２は、時間が経つと劣化する変換フォトルミネッセンス物質１１５を有する。変換フォトルミネッセンス物質は、好ましくは、有機蛍光体及び／又は量子ドットを含む。照明装置は一次光源１０３と１１０を含み、それらは発光ダイオードである。発光ダイオードは一次光を発し、変換フォトルミネッセンス物質１１５に向けられ、二次光を生成する。変換物質１０２は好ましくは適応され、変換フォトルミネッセンス物質１１５の濃度の相対的な低下が９０％以下である場合は、二次光強度の相対的低下は１０％より小さい。照明装置１０１は反射チャンバー１０９を有し、その反射チャンバー１０９は反射内部表面を有し、一次光を、反射チャンバー１０９のフォトルミネッセンス領域１１６へ方向付け、反射チャンバー１０９には変換物質１０２が配置される。照明装置１０１は出口窓１３０を有し、そこから光が装置を出る。出口窓１３０は、変換層１０２によって形成されること可能であり、又は、変換層１０２は、出口窓１３０に配置されることも可能である。図４乃至６で増大する白い領域で概略的に表されるように、変換層１０２が一次光によって照射される場合、変換フォトルミネッセンス物質は劣化し、即ち、ブリーチする。変換層は好ましくは適応され、二次光の２０％未満が変換層の中に再吸収される。この自己吸収を低減するため、変換物質は好ましくは大きなストークス・シフトを示し、そこでは、ストークス・シフトは好ましくは、吸収の帯域最大値の位置と同一電子遷移の放射スペクトルとの間の差として定義される。ストークス・シフトは５０ｎｍより大きいことが好ましい。この目的のため、共鳴エネルギー移動を示す発光分子を変換層の中に用いることができる。
図７乃至９は照明装置の別の実施形態を示す。照明装置２０１は変換物質２０２を含み、一次光２０４を二次光２０５に変換し、変換物質２０２は、時間が経つと劣化する変換フォトルミネッセンス物質２１５を含む。変換フォトルミネッセンス物質２１５は、好ましくは有機蛍光体及び／又は量子ドットを含む。照明装置２０１は一次光源２０３を含み、その一次光源は発光ダイオードであり、一次光２０４を発光し、その一次光は変換フォトルミネッセンス物質２１５に方向付けられ、二次光２０５を生成する。また、この実施形態では、変換物質２０２は適応され、変換フォトルミネッセンス物質の濃度の相対低下が９０％以下である場合、二次光の強度の相対的低下は１０％よりも小さくなる。照明装置２０２は内部反射表面２１７と向かい側のデカップリング外表面２２０とを含み、二次光２０５を、変換物質２０２により形成される変換層からデカップリングし、そうして、二次光２０５は実質的にデカップリング表面２２０を通って外へ出る。追加的に、照明装置２０１はコリメータ２１８を含んでもよく、一次光２０４をコリメートする。詳しくは、図７乃至９では、発光ダイオード２０３の一次光は左側から変換層に接続され、図７乃至９の左側から右側へ向く方向で照射するようコリメートされる。ブリーチの結果、発光の位置２１９が変化し、好ましくは、一次光の二次光への完全な変換は図９でも同じである。図８及び９では、ブリーチは増大する白い領域で表される。
一次光源２０３と変換層２０２は配列され、一次光２０４が、デカップリング外表面２２０と実質的に並行な方向に、変換層２０２を横断する。デカップリング外表面２２０は拡散表面であってもよく、拡散によって二次光２０５をデカップリングする。
図１０は、照明装置の他の実施形態を示す。照明装置３０１は変換物質３０２を含み、一次光３０４，３２２，３２３を二次光３２６，３２５，３２４へ変換する。変換物質３０２は、時間が経つと劣化する変換フォトルミネッセンス物質３１５を含む。また、この実施形態では、変換フォトルミネッセンス物質３１５は好ましくは有機蛍光体及び／又は量子ドットを含む。照明装置は、一次光３０３、３１０、３２１を含み、それらは発光ダイオードであって、一次光３０４，３２２，３２３を発光する。一次光３０４、３２２，３２３は変換フォトルミネッセンス物質３１５に方向付けられ、二次光３２６、３２５、３２４を生成する。また、この実施形態では、変換物質３０２が適応され、変換フォトルミネッセンス物質３１５の濃度の相対的低下が９０％以下であるならば、二次光強度の相対的低下は１０％よりも小さくなる。照明装置３０１は反射チャンバー３０９を含み、一次光３０４、３２２，３２３を混合し、さらに、混合一次光を変換物質３０２に方向付ける。反射チャンバー３０９の側面要素は変換物質３０２を含み、そこでは、照明装置３０１の外側に面した変換物質３０２の外側はシールド３２７によって遮へいされる。シールド３２７は適応され、変換物質３０２を環境光から遮へいする。これは、環境光に起因する二次光の放出を抑える。シールドは適応され、日光や、照明装置が車内で用いられる場合は、他の車からの光のような人工光を遮へいすることができる。シールド３２７は好ましくはフィルタを含み、そのフィルタは適応され、変換フォトルミネッセンス物質３１５の吸収範囲内で、光を吸収及び／又は反射する。
図１１は、変換フォトルミネッセンス物質の吸収スペクトル３０と発光スペクトル３１とを概略的且つ例示的に示す。これらのスペクトルが与えられると、シールド３２７のフィルタの吸収スペクトルが、図１２で示される吸収スペクトル３２で説明することが可能になる。
実施形態で説明される変換物質は好ましくは層を形成する。この層はデカップリング外部表面を含むことが可能で、二次光を外にカップリング（連結）する。デカップリング表面は適応され、導波路効果を低減することができる。追加的に又は代替的に、層の表面は光学的に拡散表面に連結されることが可能で、導波路効果を低減する。変換物質は粒子を含むことも可能であり、二次光を拡散し、導波路効果を低減する。
図１及び４乃至１０では、変換物質は変換層を形成し、変換フォトルミネッセンス物質は連続的に均一に分布しているように見える。しかしながら、変換フォトルミネッセンス物質は或るパターンに配列されることも可能である。照明装置の領域は光出口窓とみなされることができ、その領域を通って二次光と選択的に一次光も照明装置から出ることができ、その一次光は変換フォトルミネッセンス物質に方向付けられていなかった。図１及び４乃至１０では、この光出口窓は変換物質でカバーされている。この変換物質は適応され、変換フォトルミネッセンス物質は全部の光出口窓をカバーしないが、この窓の一部だけをカバーすることができる。詳しくは、光出口窓の或る領域では、変換フォトルミネッセンス物質が存在することが可能で、光出口窓の他の領域では、変換フォトルミネッセンス物質は存在しない。変換フォトルミネッセンス物質を有する領域と有しない領域との比率は、照明装置の色温度を決定する。そうした光出口窓は、基板上のパターン変換フォトルミネッセンス物質をコーティングすることにより製作することができる。
図１３は、そうした基板４０を概略的且つ例示的に示し、有機蛍光体を有する領域４１と、有機蛍光体は存在しない領域４２とを備える。基板は一次光に対して透過的であり、照明装置の結果的に生じる光は、有機蛍光体によって生成される二次光と、有機蛍光体を横断することなく基板４０を横断した一次光との混合である。図１４に概略的且つ例示的に示されるように、有機蛍光体を含む様々な領域は、様々な波長を発光する様々な種類の有機蛍光体と共に供給されることが可能である。図１４では、透過基板４３上に３つの異なる種類の有機蛍光体４４、４５，４６がコートされ、異なる色を生成する。例えば、有機蛍光体４４は赤色光を生成することが可能であり、有機蛍光体４５は緑色光を生成することが可能であり、有機蛍光体４６は黄色光を生成することが可能である。この二次光の様々な色は、有機蛍光体４４，４５，４６でカバーされていない領域４７において基板を横断する一次光と混ざり合う。
図１及び４乃至１０に関して上述した変換物質は、２つのフェーズを含む混合物であることが可能で、変換フォトルミネッセンス物質は２つのフェーズのうちの１つだけに存在し、変換フォトルミネッセンス物質を或るパターンに配列する。２つのフェーズのうちの他方は、好ましくは一次光に対して透過であり、特には完全に透過である。例えば、変換フォトルミネッセンス物質はポリマー粒子内で分子的に分散することが可能であり、従って、ポリマー粒子は他のポリマーへ分散し混合物を作り出す。２つの混合できないポリマーを混ぜ合わせることにより、混合物を作り出すこともでき、変換フォトルミネッセンス物質はそのポリマーのうちの１つだけに溶解する。図１５は、有機蛍光体を有する第１フェーズ５１と、一次光に対して透過的であるマトリクスを形成する第２フェーズ５２とを含む混合物５０を概略的に示す。有機蛍光体を備えた第1フェーズ５１は、透過フェーズ５２の範囲内で幾つかの領域を形成し、異なる領域が同一又は異なる色を発光することができる。
図１６は一次光の透過を概略的且つ例示的に示し、その一次光は４５０ｎｍの波長を有し、０．５％のフォトルミネッセンス物質濃度を有する変換層の厚さｄの関数として表される。様々なカーブが示され、ブリーチの様々な程度に対応する。図１６では、１００％、７０％、５０％及び３０％が、サンプル内のフォトルミネッセンス物質の最初の濃度の割合を示し、即ち、１００％はフォトルミネッセンス物質の０％がブリーチしたことを意味し、７０％はフォトルミネッセンス物質の３０％がブリーチしたことを意味する等々である。１０ミクロンの厚さでは、ブリーチする前に、約６０％の光が吸収されることが理解される。フォトルミネッセンス物質の７０％がブリーチした後、吸収は約２０％になる。これは吸収の約７０％低下に相当する。５０ミクロンの層の厚さでは、ブリーチする前に、吸収は９５％以上である。変換フォトルミネッセンス物質の濃度７０％の低下後、吸収は７０％になる。これは、ずっと低い吸収の２７．７％の低下に相当する。ずっと高い厚さ２００ミクロンの例では、変換フォトルミネッセンス物質の７０％がブリーチしたとき、吸収は如何なる変化もほとんど示さず、殆ど全ての光がやはり吸収される。全てのケースでは、一次光が吸収されると、二次光に変換される。従って、好ましくは減衰係数の積として定義される吸収率、変換層の厚さ、及び、変換層内の変換フォトルミネッセンス物質濃度が、厚さの増加により増加する場合、或る状況に到達することがあり、それはフォトルミネッセンス物質の高パーセンテージが低下したとき、一次光の吸収と、それ故、二次光の放出の比較的小さい変化が存在する。図１６に関して、変換層の厚さは、例えば好ましくは５０ミクロン以上、更に好ましくは１００ミクロン以上、また更に好ましくは２００ミクロン以上である。
以下では、照明装置を製造する製造方法が図１７のフローチャートに関連して説明される。
ステップ４０１では、変換物質が供給され、一次光を二次光へ変換し、その変換物質は変換フォトルミネッセンス物質を含み、その変換フォトルミネッセンス物質は照明及び／又は熱の下では時間が経つと劣化する。ステップ４０２では、変換物質は適応され、その変換物質が一次光によって照射されると、その変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下は二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる。ステップ４０３では、一次光源が供給され、一次光を発光し、そして、ステップ４０４では、変換物質と一次光源が適応され、一次光は変換フォトルミネッセンス物質に方向付けることが可能であり、二次光を生成する。ステップ４０３は、ステップ４０２の前に実行されることも可能である点に留意すべきである。
以下では、照明方法が図１８のフローチャートに関連して例示的に説明されるだろう。
ステップ５０１では、一次光が一次光源によって発光され、そして、ステップ５０２では、一次光が変換物質の変換フォトルミネッセンス物質に方向付けられ、二次光を生成し、その変換フォトルミネッセンス物質は時間が経つと劣化し、その変換物質は適応され、その変換物質が一次光によって照射されると、その変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下は、二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる。
変換フォトルミネッセンス物質は好ましくは有機蛍光体及び／又は量子ドット蛍光体を含む。照明装置は、様々な応用例に用いられることが可能であり、例えば、園芸、車の照明、及び信号機である。この目的のため、青色発光ダイオードを使用することができ、その青色発光ダイオードから発せられる一次光は、黄色や赤色といった他の色を有する二次光に変換される。有機蛍光体の結果的に起こる色あせを補償するため、変換層の厚さ及び／又はその変換層内の蛍光体濃度は、適宜に選択され、変換物質が一次光によって照射されるときは、その変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質の濃度の相対的低下は、二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる。照明装置は好ましくは適応され、蛍光体の自己吸収による効率低下が低減する。
とりわけ車や信号機の応用例では、照明装置は好ましくは適応され、蛍光体上に落ちる外部光によって生じる蛍光体の発光は避けられる。蛍光体の量は好ましくは充分に高く選択され、そうして、蛍光体分子の一部の色あせにつながる長期の放射の後でさえも青色光が実質的に完全に吸収される。
照明装置の実施形態群の図面は、単に概略的且つ例示的な図面である。例えば、図７乃至９では、コリメータ２１８は適応され、一次光をしてこれらの図において変換物質の左側全体を照射させることを可能にし、詳しくは、均一的に照射する。さらに、一次光源２０３は配列され、図７乃至９において変換物質２０２の左側がより中心的に照射される。
開示の実施形態に対する他の変形例は、関連分野の当業者であれば、クレーム記載の発明を具体化する際に、本図面、本明細書、及び付属のクレームから、理解されて実現されることができる。
クレーム中で、用語“含む”は他の要素やステップを排除せず、不定冠詞“１つの”は複数形を排除しない。
単一のユニットやデバイスはクレーム中で述べられる幾つかのアイテムの機能を実現してもよい。或る手段が相互に異なる従属請求項の中に述べられているという単なる事実は、これらの手段が有利には使用され得ないことを意味しない。
照明方法に関連した照明装置の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として実現されることも可能であり、及び／又は、専用ハードウェアとして実現されることも可能である。
コンピュータプログラムは他のハードウェアと共に又はその一部として供給される、例えば光学記憶媒体や半導体媒体といった適切な媒体上に保存／配布されてもよいが、また、例えば、インターネット又は他の有線或いは無線通信システムを介したような他の形態で配布されてもよい。
クレーム中の如何なる参照符号も本発明の適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
図１は、照明装置の第１実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図２は、有機蛍光体分子の幾つかの吸収スペクトルを例示的に示す。 図３は、一次光に関する照明装置の変換層の、変換層内の有機蛍光体の濃度に応じた、透過を例示的に示す。 図４は、照明装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図５は、照明装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図６は、照明装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図７は、照明装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図８は、照明装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図９は、照明装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図１０は、照明装置の更なる実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図１１は、蛍光体物質の吸収及び放射スペクトルを例示的に示す。 図１２は、環境光を遮へいするシールドのフィルタの吸収スペクトルを例示的に示す。 図１３は、有機蛍光体のパターンを概略的且つ例示的に示す。 図１４は、有機蛍光体のパターンを概略的且つ例示的に示し、異なる色を発するよう適応される。 図１５は、有機蛍光体を有する第1フェーズと、一次光を透過する第２フェーズとを含む混合物を示す。 図１６は、吸収蛍光体の異なる濃度を有する異なる変換層の透過率を、変換層の厚さの関数として示す。 図１７は、照明装置を製造する製造方法の一実施形態を例示するフローチャートを示す。 図１８は、照明方法の一実施形態を例示するフローチャートを示す。

Claims (15)

  1. 照明装置であって：
    ― 一次光を二次光に変換する変換物質であり、前記変換物質は変換フォトルミネッセンス物質を含み、前記変換フォトルミネッセンス物質は、前記変換物質が一次光によって照射されると、時間とともに非変換フォトルミネッセンス物質に劣化する、変換物質と、
    ― 一次光を発する一次光源であり、前記変換物質に方向付けられており、二次光を生成する、一次光源と、を有し、
    前記変換物質は適応され、前記変換物質が前記一次光によって照射されると、前記変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下が、前記二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる、照明装置。
  2. 前記変換物質は適応され、前記変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質濃度の相対的低下が９０％以下である場合は、前記二次光の強度の相対的低下は１０％より小さくなる、請求項１記載の照明装置。
  3. 前記変換フォトルミネッセンス物質は、有機フォトルミネッセンス物質及び／又は量子ドットを含む、請求項１記載の照明装置。
  4. 前記一次光源は発光ダイオードである、請求項１記載の照明装置。
  5. 前記変換物質は前記二次光を拡散する粒子を含み、導波路効果を低減する、請求項１記載の照明装置。
  6. 前記変換物質はデカップリング外表面を有する層を形成し、前記二次光を外にカップリングする、請求項１記載の照明装置。
  7. 前記変換物質は表面を有する層を形成し、該表面は拡散表面に光学的にカップリングされ、導波路効果を低減する、請求項１記載の照明装置。
  8. 前記変換物質は層を形成し、該層はデカップリング外表面を有し、前記層からの二次光をデカップリングし、前記一次光源と前記層とは配列され、前記一次光は、横断する方向又は前記デカップリング外表面と平行な方向に、前記層を照射する、請求項１記載の照明装置。
  9. 前記照明装置はシールドを有し、前記変換フォトルミネッセンス物質を環境光から遮へいする、請求項１記載の照明装置。
  10. 前記照明装置は、該反射チャンバーは反射内部表面を有する反射チャンバーを含み、一次光を少なくとも１つのフォトルミネッセンス領域又は前記反射チャンバーの出口窓に方向付け、前記フォトルミネッセンス領域には前記変換物質が位置付けられる、請求項１記載の照明装置。
  11. 前記変換フォトルミネッセンス物質は所定のパターンに配列される、請求項１記載の照明装置。
  12. 前記パターンは、前記変換フォトルミネッセンス物質を有する少なくとも１つの第１領域と、前記変換フォトルミネッセンス物質を有しない少なくとも１つの第２領域とを含む、請求項１１記載の照明装置。
  13. 前記変換物質は、２つのフェーズを有する混合物を含み、前記変換フォトルミネッセンス物質は該２つのフェーズのうちの１つだけに存在し、前記変換フォトルミネッセンス物質を所定のパターンに配列する、請求項１１記載の照明装置。
  14. 照明装置を製造する製造方法であって、該製造方法は：
    ― 一次光を二次光に変換する変換物質を供給するステップであり、前記変換物質は変換フォトルミネッセンス物質を含み、前記変換物質が一次光によって照射されると、時間とともに非変換物質に劣化する、ステップと、
    ― 前記変換物質を適応するステップであり、前記変換物質が一次光によって照射されると、前記変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質の濃度の相対的低下が二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる、ステップと、
    ― 一次光源を供給し一次光を発するステップと、
    ― 前記変換フォトルミネッセンス物質と前記一次光源とを配列するステップであり、そうして、前記一次光は前記変換物質に方向付けることができ、二次光を生成する、ステップと、を含む製造方法。
  15. 照明方法が供給され、一次光は一次光源によって発せられ、変換フォトルミネッセンス物質を有する変換物質に方向付けられ、前記変換フォトルミネッセンス物質は、前記変換物質が一次光によって照射されると、時間とともに非変換フォトルミネッセンス物質に劣化し、そうして二次光を生成し、前記変換物質は適応され、前記変換物質が一次光によって照射されると、前記変換物質内の変換フォトルミネッセンス物質の濃度の相対的低下は、二次光の強度の相対的低下よりも大きくなる、照明方法。
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