JP2014518007A - ルミネッセンスコンバータと、８０より大きいｃｒｉを有する蛍光体強化光源又は照明器具 - Google Patents

ルミネッセンスコンバータと、８０より大きいｃｒｉを有する蛍光体強化光源又は照明器具 Download PDF

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Abstract

ルミネッセンスコンバータ２００、２２０、２４０、２６０、蛍光体強化光源、及び照明器具が提供される。ルミネッセンスコンバータ２００は、第１の有機ルミネッセンス材料２０２と、第２の有機ルミネッセンス材料２０８と、第３の無機ルミネッセンス材料２０６とを含む。第１の有機ルミネッセンス材料２０２と、第２の有機ルミネッセンス材料２０８と、無機ルミネッセンス材料２０６とは、光源によって放射された光の一部分を吸収し、及び／又は、他のルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つによって放射された光の一部分を吸収する。第１の有機ルミネッセンス材料２０２は、吸収した光の少なくとも一部を第１の色分布の光に変換する。第２の有機ルミネッセンス材料２０８は、吸収した光の少なくとも一部を第２の色分布の光に変換する。機ルミネッセンス材料２０６は、第１の有機ルミネッセンス材料２０２及び第２の有機ルミネッセンス材料２０８のうちの少なくとも１つによる光の自己吸収を補償するように、吸収した光の少なくとも一部を第３の色分布に変換する。

Description

本発明は、第１の色分布の光を別の色分布の光に変換するルミネッセンス製品に関する。
多くの用途において、ルミネッセンス材料は、ユーザが白色光として感じられる発光分布を生成するように固体発光体と組み合わされる。生成された白色光の発光分布の演色評価数は、良い演色評価数を有するために比較的高い方がよい。
様々な色の光をそれぞれ放射する様々な無機ルミネッセンス材料を、単一色の光を放射する固体発光体と一緒に組み合わせることが知られている。無機ルミネッセンス材料は安定していて、比較的高温で使用できる。しかし、無機ルミネッセンス材料は、比較的高価である。
費用を削減するためには、一部の用途では、有機ルミネッセンス材料の混合体であり、固体発光体からある距離に置かれるいわゆるリモート有機フォスファ（remote organic phosphor）が使用される。しかし、利用可能である安定した有機ルミネッセンス材料のセットは限られているため、各色において十分に大きい発光を有する光源を製造するのは困難である。したがって、有機ルミネッセンス材料の混合体を含み、高い演色評価数を有する光源を生成することが困難である。
本発明は、高い演色評価数を有する蛍光体強化光源（phosphor-enhanced light source）のためのルミネッセンスコンバータを提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、請求項１に記載されるようなルミネッセンスコンバータを提供する。本発明の第２の態様は、請求項１２に記載されるような蛍光体強化光源を提供する。本発明の第３の態様は、請求項１５に記載されるような照明器具を提供する。有利な実施形態は、従属請求項に定義される。
本発明の第１の態様による、光源を含む蛍光体強化光源のためのルミネッセンスコンバータは、第１の有機ルミネッセンス材料と、第２の有機ルミネッセンス材料と、第３の無機ルミネッセンス材料とを含む。第１の有機ルミネッセンス材料は、光源によって放射された光の第１の部分を吸収し、及び／又は、第２の有機ルミネッセンス材料若しくは無機ルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つによって放射された光の一部分を吸収する。第１の有機ルミネッセンス材料は、吸収した光の少なくとも一部を第１の色分布の光に変換する。第２の有機ルミネッセンス材料は、光源によって放射された光の第２の部分を吸収し、及び／又は、第１の有機ルミネッセンス材料若しくは無機ルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つによって放射された光の一部分を吸収する。第２の有機ルミネッセンス材料は、吸収した光の少なくとも一部を第２の色分布の光に変換する。無機ルミネッセンス材料は、光源によって放射された光の第３の部分を吸収し、及び／又は、第１の有機ルミネッセンス材料又は第２の有機ルミネッセンス材料によって放射された光の一部分を吸収する。無機ルミネッセンス材料は、第１の有機ルミネッセンス材料及び第２の有機ルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つによる光の自己吸収を補償するように、吸収した光の少なくとも一部を第３の色分布に変換する。
ルミネッセンスコンバータによって受け取られた光は、部分的に吸収され、また、当該ルミネッセンスコンバータを部分的に通って放射される。第１の有機ルミネッセンス材料は、光源の光、又は、別のルミネッセンス材料によって放射された光によって励起され、第１の色分布の光を放射する。第２のルミネッセンス材料は、光源の光、又は、別のルミネッセンス材料によって放射された光によって励起され、第２の色分布の光を放射する。したがって、ルミネッセンスコンバータによって放射される光分布は、少なくとも、光源から直接発生された光と、第１の色分布の光と、第２の色分布の光とを含む。特定量の有機ルミネッセンス材料が選択されると、ルミネッセンスコンバータによって白色光が放射される。しかし、上述したように、例えば８０を上回る比較的高い演色評価数（ＣＲＩ）を有する光を生成することは困難である。したがって、当業者は、比較的高い演色評価数を得なくてはならない場合には、２つの有機ルミネッセンス材料を使用することはなかった。
発明者は、高いＣＲＩを有する発光を生成することが特に困難なのは、有機ルミネッセンス材料のうちの１つによる光のいわゆる「自己吸収」に原因があると洞察している。蛍光体強化光源によく使用される光源は、青色光を放射する固体発光体である。多くの既知の有機ルミネッセンス材料は、青色をあまりよく吸収しない。したがって、青色光を第１又は第２の色分布の光に十分に変換できるためには、比較的大量の特定の有機ルミネッセンス材料が使用されなければならない。このような大量の材料が使用されると、第１又は第２の有機ルミネッセンス材料によって放射された第１又は第２の色分布の下方端にある光の一部は、第１又は第２の有機ルミネッセンス材料自体によって吸収される。この現象は、特定の有機ルミネッセンス材料の発光スペクトルの特定の有機ルミネッセンス材料の吸光スペクトルとの重なりを起因とする。つまり、自己吸収の影響を受ける特定のルミネッセンス材料は、当該特定のルミネッセンス材料自体によって放射された光の一部分を吸収する。
光の自己吸収によって、比較的大量の第１又は第２のルミネッセンス材料の発光スペクトルは、発光スペクトルの下方の波長においてディップが生じ、したがって、第１又は第２の色分布の平均波長は、より高い波長の方（赤色の方）に僅かに移動する。その結果、第１及び第２の有機ルミネッセンス材料を含むルミネッセンスコンバータの発光スペクトルは、特定のスペクトル範囲における光がなく、これにより演色評価数は、例えば８０である特定の値を下回ったままとなる。
発明者は、自己吸収の影響は、無機で、第１及び／又は第２のルミネッセンス材料による自己吸収を補償する第３の色分布を放射する第３のルミネッセンス材料を追加することによって補償できることを見出した。したがって、ほぼすべての色範囲における色を有する光分布を放射し、したがって、高い演色評価数を有するルミネッセンスコンバータを作製することが可能である。無機ルミネッセンス材料を使用することによる更なる利点は、この材料が安定した材料である点である。更に、ルミネッセンスコンバータは、少量の無機フォスファのおかげで、比較的安価である。
このコンテキストにおいて、各ルミネッセンス材料は、特定の色分布の光を放射する。この特定の色分布は、例えば所定の波長周りの特定の帯域幅を有する原色を含むか、又は、例えば複数の原色を含んでよい。所定の波長は、放射強度スペクトル分布の平均波長である。原色の光は、例えば、赤色、緑色、青色、黄色、及び琥珀色の光を含む。特定の色分布は更に、緑色及び黄色の周辺色といった複数の色の混合体を含んでもよい。
更なる実施形態では、第１の色分布は、赤色光を含む。第２の有機ルミネッセンス材料は、無機ルミネッセンス材料によって放射された光の一部分を吸収し、及び／又は、光源によって放射された光の一部分を吸収するだけであり、第２の色分布は、黄色光を含む。無機ルミネッセンス材料は、光源によって放射された光の第３の部分のみを吸収し、第３の色分布は、４９０ｎｍ乃至５６０ｎｍのスペクトル範囲内の光を含む。本実施形態の特定の組み合わせとして、黄色光を放射する第２の有機ルミネッセンス材料が、比較的大きく自己吸収の影響を受け、これは、有機ルミネッセンス材料しか含まないルミネッセンスコンバータの発光スペクトルにおいて緑色光がないことになる。このことは、実施形態の無機ルミネッセンス材料によって補償される。
更に、一般に、ルミネッセンス材料は、特定のルミネッセンス材料によって放射された光より低い波長の光しか吸収しない。したがって、無機ルミネッセンス材料は、光源の光しか吸収できず、第２の有機ルミネッセンス材料は、光源によって放射された光、及び／又は、無機ルミネッセンス材料によって放射された光しか吸収しない。
一実施形態では、第１の有機ルミネッセンス材料及び第２の有機ルミネッセンス材料は、安定した有機ルミネッセンス材料である。安定したルミネッセンス材料とは、次の試験条件のうちの少なくとも１つの条件下で１００時間に亘って１０％未満のルミネッセンスの減少を示す材料として定義される。試験条件：ルミネッセンス材料は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリカーボネート（ＰＣ）といったポリマーマトリックス中に分子状に溶解され、２００マイクロメートルの厚さでは、ルミネッセンス分子を含む層は、４５０ｎｍにおいて１０％の吸収を示すように濃度が調節される。次に、層は恒温チャンバ内に置かれ、４５０ｎｍで放射するレーザを使用して連続的に照射される。当該ポリマー層を収容しているチャンバ内の雰囲気は、純窒素、空気、又は０．１％の酸素を含有する純窒素との混合体である。
一実施形態では、第２の有機材料は、式（Ｉ）又は（ＩＩ）：
による化合物であり、
式中、
Ｇ１は、直鎖若しくは分岐アルキル基又は酸素含有アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏｍであって、ｎは、１乃至４４の整数であり、ｍ＜ｎ／２であるか、又は、Ｇ１は、Ｙであり、
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｊ及びＱは、それぞれ、独立して、水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、又は、非置換の飽和アルキルＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数であり、
Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、及びＧ５のうちの少なくとも２つはフッ素である一方で、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、及びＧ５のうちの残りは、独立して、水素、メトキシ、又は、非置換の飽和アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数であり、
Ｒは、直鎖若しくは分岐アルキル基又は酸素含有アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏｍであって、ｎは、１乃至４４の整数であり、ｍ＜ｎ／２であるか、又は、Ｒは、水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、若しくはシアノであり、
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｊ及びＱは、それぞれ、独立して、水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、シアノ、又は、非置換の飽和アルキルＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数である。
幾つかの既知の黄色発光有機ルミネッセンス材料は、青色光が照射されると低い安定性を有する。発明者は、上で示した黄色光を放射する有機ルミネッセンス材料のクラスは、青色光によって照射されても高い安定性を有することを見出した。しかし、これらの材料は、青色光の吸収度が比較的低いので、「自己吸収」の影響は、このクラスの材料が使用される場合、より顕著である。したがって、比較的高い演色評価数を有する発光スペクトルを得るためには、無機ルミネッセンス材料の追加が重要である。
一実施形態では、第２の有機ルミネッセンス材料は、式（ＩＩＩ）若しくは（ＩＶ）：
によるペリレンモノアミド化合物を含むか、又は、第２の有機ルミネッセンス材料は、式（Ｖ）若しくは（ＶＩ）：
によるフッ素置換されたペリレンビスアミド化合物を含む。
この実施形態の化合物は、安定した有機ルミネッセンス材料であり、したがって、蛍光体強化光源での使用に非常に適しており、また、青色スペクトル範囲における光を、黄色スペクトル範囲における光に変換できる。
一実施形態では、第１の有機ルミネッセンス材料及び第２の有機ルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つは、ペリレン誘導体を含む。ペリレン誘導体は、有利なルミネッセンス特性を有し、様々な吸収／励起スペクトル及び放射スペクトルをそれぞれ有する様々な材料を作製することができる。
別の実施形態では、無機ルミネッセンス材料は、ＹＡＧ：Ｃｅ又はＬｕＡＧ：Ｃｅのうち少なくとも１つを含む。
一実施形態では、ルミネッセンスコンバータは、第１の有機ルミネッセンス材料、第２の有機ルミネッセンス材料、及び無機ルミネッセンス材料の混合体を含む層を含む。ルミネッセンス材料の混合体を含むルミネッセンスコンバータを製造することは比較的容易であり、したがって、比較的安価である。材料を一度混ぜるだけでよく、１つのステップで、蛍光体強化光源内に配置される。ルミネッセンス材料の混合体は、しばしば、蛍光体強化光源内に容易に適用できる材料の混合体を得るためにマトリックスポリマーと混合される。マトリックスポリマーは、ルミネッセンス材料がその中に分散又は分子状に溶解されるポリマーである。ポリマーマトリックスは、アクリレート類（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びそれらのコポリマー並びに混合体といったポリマーから選択される。
更に、無機ルミネッセンス材料は、ルミネッセンス材料の混合体における散乱材料としても機能する。多くの場合、ルミネッセンス材料は、材料層として適用される。このような層において、光は、多くの場合、例えば内部反射によって捕捉される。この捕捉された光の一部は、しばしば、再吸収されて無くなるので、ルミネッセンスコンバータの変換効率が下がる。光が層内に捕捉されないように、追加の散乱材料がルミネッセンス層に追加される。しかし、散乱材料もある種の光損失を示すので、あまり好ましくない。第１のルミネッセンス材料である無機ルミネッセンス材料を、第２のルミネッセンス材料である有機ルミネッセンス材料と、ルミネッセンス材料の単一の混合体に混合することによって、無機ルミネッセンス材料は、ルミネッセンス材料内に発生した光の抽出を向上させる散乱材料として機能する。ルミネッセンス材料の混合体を使用した場合の更なる利点は、蛍光体強化光源の外観が、積層構成の場合ではそうであるように上部のルミネッセンス材料の外観によってではなく、ルミネッセンス材料の混合体によって決定される点である。これは、蛍光体強化光源のより自然な外観をもたらし、消費者の混乱を少なくする。
別の実施形態では、ルミネッセンスコンバータは、少なくとも３つの層からなる積層を含み、各層は、第１の有機ルミネッセンス材料、第２の有機ルミネッセンス材料、及び無機ルミネッセンス材料の群からの単一のルミネッセンス材料を含む。それぞれが別のルミネッセンス材料を含む積層を製造することは、単一層を製造することよりも複雑ではあるが、所定の発光分布に従って正確に光を放射する蛍光体強化光源を得るために、追加のデザイン自由がもたらされる。例えば、特定のルミネッセンス材料が、光源の光によって励起されることに加えて、別のルミネッセンス材料によって放射された光によって励起されることも可能である。特定のルミネッセンス材料を第１の層として配置して、別のルミネッセンス材料によって生成された光の吸収を阻止することが有利である。しかし、別の実施形態では、所定の発光分布の特定の特性に依存して、特定のルミネッセンス材料を有する層を、他の層間に付与することが有利である。
更に、層状構造体は、ルミネッセンス材料を有する様々な層が、特定のルミネッセンス材料に最も適した製造プロセスを介して生成されるという利点を提供する。例えば有機ルミネッセンス材料は、大抵、特定の粘度を有する液体を生成するように溶解可能である。このような液体は、例えば周知のスピンコーティング技術を介して実質的に均一な層となるようにキャリア材料上に容易に付与される。無機ルミネッセンス材料は、溶解できない場合があるため、第１のルミネッセンス材料層は、選択された第１のルミネッセンス材料に適した他の技術を介して生成される。
一実施形態では、ルミネッセンスコンバータは、第１のサブ領域及び第２のサブ領域を局所的に含む層を含む。第１のサブ領域は、第１の有機ルミネッセンス材料、第２の有機ルミネッセンス材料、及び無機ルミネッセンス材料の群からの第１の材料を含む。第２のサブ領域は、第１の有機ルミネッセンス材料、第２の有機ルミネッセンス材料、及び無機ルミネッセンス材料の群からの第２の材料を含む。第２の材料は、第１の材料とは異なる。第１のサブ領域は、第２の材料を含まず、第２のサブ領域は第１の材料を含まない。更に、当該層は、マトリックスポリマーといった別の材料も含む。しかし、層は、単一のルミネッセンス材料を有するサブ領域と、別の単一のルミネッセンス材料を有するサブ領域とを含む。したがって、層は、様々なルミネッセンス材料のパターンを含む。層内でルミネッセンス材料をパターニングすることによって、蛍光体強化光源によって放射される色分布を最適化するための追加のデザインパラメータが得られる。パターニングは、マトリックスポリマーの特定のルミネッセンス材料との混合体を、特定の位置においてプリント又はコーティングし、マトリックスポリマーの別のルミネッセンス材料との別の混合体を、最初にプリントされた混合体の間の領域にプリントすることによって行われる。パターニングされたルミネッセンス層を使用することによって、特定のルミネッセンス材料によって放射された光が、別の特定のルミネッセンス材料によって吸収されることが阻止される。パターニングによって、様々なルミネッセンス材料の空間間隔がもたらされ、これにより、様々なルミネッセンス材料が互いの発光スペクトルに与える影響が低減され、このことは、十分に高い演色評価数を得るために特定の色の光がルミネッセンス材料によって吸収されるべきではない場合に、特に重要である。
別の実施形態では、ルミネッセンスコンバータは、第１の有機ルミネッセンス材料、第２の有機ルミネッセンス材料、及び無機ルミネッセンス材料の群からの第３の材料を含む更なる層を含み、第３の材料は、第１の材料及び第２の材料と異なる。
更なる実施形態では、当該層は、第１の有機ルミネッセンス材料、第２の有機ルミネッセンス材料、及び無機ルミネッセンス材料の群からの第３の材料を含む第３のサブ領域を含む。第３の材料は、第１の材料とは異なり、第２の材料とも異なる。第３のサブ領域は、第１の材料及び第２の材料を含まない。第１のサブ領域及び第２のサブ領域は、第３の材料を含まない。
空間的に離された３つのルミネッセンス材料を有する層は、例えばガラス基板である基板上に製造されてもよい。
一実施形態では、ルミネッセンスコンバータは、散乱粒子を含む。散乱粒子は、例えばＡｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２を含む。散乱粒子は、ルミネッセンスコンバータにより、より多くの拡散、及び、より一様な発光を得るのに役立つ。多くの場合、ルミネッセンス材料は、材料層として適用される。このような層内において、光は、多くの場合、例えば内部反射によって捕捉される。この捕捉された光の一部は、しばしば、再吸収されて無くなるので、ルミネッセンスコンバータの変換効率が下がる。光が層内に捕捉されないように、追加の散乱材料がルミネッセンス層に追加される。
本発明の第２の態様では、光源と、本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータとを含む蛍光体強化光源が提供される。
本発明の第２の態様による蛍光体強化光源は、本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータと同じ利点を提供し、ルミネッセンスコンバータの対応する実施形態と同様の効果を有する同様の実施形態を有する。
光源は、発光ダイオード、レーザダイオード、又は有機発光ダイオードといった固体発光体であってよい。
一実施形態では、光源は青色光を放射する。青色スペクトル範囲で放射する光源は、一般に、高出力電源として入手可能であり、寿命が長い。更に、青色光を、第１の有機ルミネッセンス材料によって放射される光である黄色光に、第２の有機ルミネッセンス材料によって放射される光である赤色光に、また、無機ルミネッセンス材料によって放射される光である４９０乃至５６０ｎｍのスペクトル範囲内の光に変換する幾つかの有利なルミネッセンス材料が入手可能である。
一実施形態では、光源とルミネッセンスコンバータとの間には、間隙がある。この間隙は、光源からルミネッセンスコンバータへの熱の直接の伝導を阻止し、これにより、ルミネッセンス材料が過熱によって劣化しないようにされる。多くの場合、ルミネッセンスコンバータと光源との間に特定の距離があることを示すために、「リモートフォスファ構成」との用語が使用される。
別の実施形態では、蛍光体強化光源は、演色評価数が７５より大きい発光を有する。更なる実施形態では、演色評価数は８０より大きい。
蛍光体強化光源の発光分布は、第１の色分布、第２の色分布、第３の色分布、及び光源の残りの色の加重和である。したがって、蛍光体強化光源による全発光は、各色範囲における光を有し、また、比較的高い演色評価数を有する。
本発明の第３の態様では、本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータか、本発明の第２の態様による蛍光体強化光源を含む照明器具が提供される。
本発明の第３の態様による照明器具は、本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータ又は本発明の第２の態様による蛍光体強化光源と同じ利点を提供し、ルミネッセンスコンバータ又は蛍光体強化光源の対応する実施形態と同様の効果を有する同様の実施形態を有する。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態を参照して明らかとなりかつ説明される。
当業者であれば、上述した本発明の実施形態、実施態様、及び／又は態様の２つ以上を、任意の有用と思われる態様で組合せてもよいことは理解できよう。
ルミネッセンス製品の説明された変更及び変形に対応するルミネッセンスコンバータ、蛍光体強化光源、及び照明器具の変更及び変形は、本説明に基づいて当業者によって実行可能である。
図面には、以下が示される。
図１ａは、ルミネッセンス材料による自己吸収を概略的に示す。 図１ｂは、励起スペクトルと発光分布との重なりを起因とするルミネッセンス材料による自己吸収を概略的に示す。 図２は、本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータの様々な実施形態を概略的に示す。 図３ａは、青色発光ダイオードから受光する特定のルミネッセンスコンバータによる発光分布を概略的に示す。 図３ｂは、青色発光ダイオードから受光する特定のルミネッセンスコンバータによる発光分布を概略的に示す。 図４は、本発明の第２の態様による蛍光体強化光源の３つの実施形態を概略的に示す。 図５は、本発明の第３の態様による照明器具の一実施形態を概略的に示す。
様々な図面において同じ参照符号が付けられた項目は同じ構造上の特徴及び同じ機能を有するか、又は、同じ信号であることに留意すべきである。当該項目の機能及び／又は構造について説明されている場合、詳細な説明においてその説明を繰り返す必要はない。
図面は単なる概略図であり、縮尺通りではない。特に、明瞭とするために、一部の寸法は大幅に拡大されている。
図１ａ及び図１ｂは、自己吸収の現象を概略的に示す。図１ａには、ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０を含むマトリックスポリマー層１０２が示される。ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０のサイズは、明瞭とするために、大幅に拡大されている。ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０は、有機ルミネッセンス材料である。ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０を含む層１０２は、当該マトリックスポリマーは透明で、光の吸収を示さないため良好な光透過性を有する。更に、有機ルミネッセンス材料は比較的透明である。したがって、ルミネッセンス材料の吸収スペクトル範囲内に入る波長のみが当該層によって吸収される。所定の色分布の光１０６が、層１０２の１つの面に衝突する。光１０６の一部は、層１０２を透過する。光１０６の別の一部が、ルミネッセンス分子１１０によって吸収される。
図１ｂでは、ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０の励起スペクトル１５２が示される。図１ｂのチャート１５０では、Ｘ軸が光の波長を表し、Ｙ軸が光の強度を表す。曲線１５２は、光のどの特定の波長において、ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０が光を吸収するのかを示す吸収スペクトルを表す。
図１ａでは、ルミネッセンス分子１１０が、光１０６の一部を吸収し、別の色の光１１２を放射することが示される。図１ｂでは、ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０の放射スペクトル１５６が示され、複数の波長において発光があることが示される。
ルミネッセンス分子１１０によって放射された光は、複数の方向に放射される。ルミネッセンス分子１０８は、ルミネッセンス分子１１０によって放射された光の一部も受光する。図１ｂに見られるように、吸収スペクトル１５２と発光スペクトル１５６とは部分的に重なり、したがって、ルミネッセンス分子１１０によって放射された光は、ルミネッセンス分子１０８によって吸収される可能性がある。網掛けされた領域１５４は、最悪の場合の、ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０によって放射され、ルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０のうちの別のルミネッセンス分子によって吸収される光の量を表す。この現象が自己吸収と呼ばれる。
自己吸収量は、マトリックスポリマー層１０２におけるルミネッセンス分子１０４、１０８、１１０の濃度に強く依存し、また、濃度ほどではないが、例えば層１０２の厚さ及び層から出る前の層内での光の経路長である他の要因にも依存する。より多くの分子が利用可能であるほど、又は、経路長が長いほど、より多くの自己吸収の現象が見られる。発光スペクトルの下方部分の光が吸収されるので、ルミネッセンス材料層によって放射される色分布の平均波長は、より高い波長に移動する。
安定していると確認されている黄色発光有機ルミネッセンス材料が、青色光を放射する光源と組み合わされて使用される場合、比較的大量の黄色発光有機ルミネッセンス材料が使用されなくてはならない。これは、黄色発光有機ルミネッセンス材料の吸収スペクトルが、限られた程度で青色スペクトル内にあるからである。したがって、黄色発光有機材料は、青色光にはあまり敏感でなく、比較的大量の当該材料を使用しなくてはならない。自己吸収により、黄色発光有機ルミネッセンス材料の発光スペクトルは、より大きい波長の方に（したがって、赤色スペクトルの方に）移動する。青色光源が黄色発光有機ルミネッセンス材料及び赤色発光有機ルミネッセンス材料と組み合わされると、白色光が生成されるが、黄色発光有機ルミネッセンス材料の発光の移動によって、この白色光の演色評価数（ＣＲＩ）は十分に高くない。８０より高いＣＲＩを有する白色光を生成することは比較的困難である。多くの用途において、良好な演色を得るためにＣＲＩは８０より高くなくてはならない。
自己吸収に関する発明者のこの洞察が、本発明の基礎となっている。本発明では、十分に高いＣＲＩを有する白色光を得るために、緑色スペクトルにおいて発光する無機ルミネッセンス材料を、有機黄色発光ルミネッセンス材料と有機赤色発光ルミネッセンス材料との組み合わせに追加する。
図２は、本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータの４つの様々な実施形態を示す。ルミネッセンスコンバータ２００は、３つの異なるルミネッセンス材料２０２、２０６、２０８がその中で利用可能であるマトリックスポリマー層２０４である。
マトリックスポリマーは、ルミネッセンス材料がその中に分散又は分子状に溶解されるポリマーである。ポリマーマトリックスは、アクリレート類（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びそれらのコポリマー並びに混合体といったポリマーから選択される。
ルミネッセンス材料２０２は、光源によって放射された光を吸収し、吸収した光の一部を、黄色光を含む第１の色分布の光に変換する有機ルミネッセンス材料である。つまり、ルミネッセンス材料２０２は、黄色発光有機ルミネッセンス材料である。このような材料の一例は、Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ１７０の商標でＢＡＳＦから販売されている材料である。この材料はペリレン誘導体である。青色光で照射された場合に非常に安定するペリレン誘導体の特定のクラスは、式（Ｉ）又は（ＩＩ）：
による化合物を含み、
式中、
Ｇ１は、直鎖若しくは分岐アルキル基又は酸素含有アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏｍであって、ｎは、１乃至４４の整数であり、ｍ＜ｎ／２であるか、又は、Ｇ１は、Ｙであり、
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｊ及びＱは、それぞれ、独立して水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、又は、非置換の飽和アルキルＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数であり、
Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、及びＧ５のうちの少なくとも２つはフッ素である一方で、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、及びＧ５のうちの残りは、独立して、水素、メトキシ、又は、非置換の飽和アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数であり、
Ｒは、直鎖若しくは分岐アルキル基又は酸素含有アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏｍであって、ｎは、１乃至４４の整数であり、ｍ＜ｎ／２であるか、又は、Ｒは、水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、若しくはシアノであり、
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｊ及びＱは、それぞれ、独立して、水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、シアノ、又は、非置換の飽和アルキルＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数である。
式（ＩＩ）による化合物の２つの具体例は、式（ＩＩＩ）又は（ＩＶ）：
によるペリレンモノアミド化合物である。
式（Ｉ）による化合物のうちの１つは、式（Ｖ）又は（ＶＩ）：
によるフッ素置換されたペリレンビスアミド化合物である。
ルミネッセンス材料２０６は、光源によって放射された光を吸収し、吸収した光の一部を、４９０ｎｍ乃至５６０ｎｍのスペクトル範囲内の光を含む第３の色分布の光に変換する無機ルミネッセンス材料である。つまり、無機ルミネッセンス材料２０６は、緑色／黄色光、より具体的には、黄色発光有機ルミネッセンス材料２０２が自己吸収の影響を受けるスペクトル範囲内の光を放射する。このような材料の一例は、ＬｕＡＧ３．５％ＦＴ５００材料又はＣｅドープされたＹＡＧである。
ルミネッセンス材料２０８は、光源によって放射された光を吸収し、吸収した光の一部を、赤色光を含む第１の色分布の光に変換する有機ルミネッセンス材料である。つまり、ルミネッセンス材料２０８は、赤色発光有機ルミネッセンス材料である。このような材料の一例は、Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ３０５の商標でＢＡＳＦから販売される材料である。この材料はペリレン誘導体である。
ルミネッセンス材料２０２、２０６、２０８は、１つの層において混合されるので、青色、黄色、及び赤色の光の混合体が、ルミネッセンスコンバータ２００を透過する。黄色発光ルミネッセンス材料２０２は、４９０ｎｍ乃至５６０ｎｍのスペクトル範囲の一部における光も含む光吸収スペクトルを有する。したがって、黄色発光ルミネッセンス材料２０２は、無機ルミネッセンス材料２０６によって放射された光も吸収する。赤色発光ルミネッセンス材料２０８も、黄色、及び／又は、４９０ｎｍ乃至５６０ｎｍのスペクトル範囲の一部における光を含む吸収スペクトルを有する。したがって、赤色発光ルミネッセンス材料２０８は、無機ルミネッセンス材料２０６又は黄色発光ルミネッセンス材料２０２によって放射された光も吸収する。
ルミネッセンスコンバータ２００は、３つのルミネッセンス材料２０２、２０６、２０８を混合体として含む単一層として製造される。これらの材料はマトリックスポリマーと混合され、次に単一層に加工されるので、このような層を製造するのは、比較的容易かつ安価である。
ルミネッセンスコンバータ２２０は、それぞれ単一のルミネッセンス材料を含み、それぞれルミネッセンスコンバータを透過した光を更に散乱させる散乱粒子２２８を含む３つの層を含む。散乱粒子２２８は、より良好な光混合や、ルミネッセンスコンバータ２２０による実質的に一様な発光を得るのに役立つ。散乱粒子は、材料Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２で作られる。
使用時、光源に面するルミネッセンスコンバータ２２０の第１の層２２６が、赤色発光有機ルミネッセンス材料２０８を含む。第１の層２２６上に作られる第２の層２２４が、黄色発光有機ルミネッセンス材料２０２を含む。第２の層２２４上に作られる第３の層２２２は、緑色／黄色発光無機ルミネッセンス材料２０６を含む。第３の層は、光源とは反対側に面し、また、多くの用途において、当該ルミネッセンスコンバータ２２０を含む蛍光体強化光源の発光面として使用される。
ルミネッセンス材料２０２、２０６、２０８が積層に配置される順序が、ルミネッセンスコンバータ２２０の発光面における発光分布を左右するため、ルミネッセンスコンバータ２２０の構成は追加のデザイン自由を提供する。例えば、図示される構成では、赤色発光有機ルミネッセンス材料２０８によって放射される光は、第２の層２２４又は第３の層２２２において、それぞれ、黄色発光有機ルミネッセンス材料２０２又は緑色／黄色発光無機ルミネッセンス材料２０６によって部分的に吸収され、それぞれ、黄色光と緑色／黄色光に変換される。なお、ルミネッセンス材料２０２、２０６、２０８は、ルミネッセンスコンバータ２２０による別の発光を得るために、層２２２、２２４、２２６において別の順序で配置されてもよいことに留意されたい。特に、図２に示されるルミネッセンスコンバータ２２０の構成では、赤色発光有機ルミネッセンス材料２０８は、光源によって放射された青色光を主に吸収する。
ルミネッセンスコンバータ２４０は、赤色発光有機ルミネッセンス材料２０８を含む基部層２４４を含む。基部層２４４上には、サブ領域２４２、２４６を含むパターニングされた層が設けられる。サブ領域２４２は、黄色発光有機ルミネッセンス材料２０２を含み、他のルミネッセンス材料２０６、２０８は含まない。サブ領域２４６は、緑色／黄色発光無機ルミネッセンス材料２０６を含み、他のルミネッセンス材料２０２、２０８は含まない。ルミネッセンスコンバータ２４０のパターニングされた構成の利点は、黄色／緑色発光ルミネッセンス材料２０６と黄色発光ルミネッセンス材料２０２とは互いに直接影響を及ぼすことがなく、したがって、緑色／黄色発光ルミネッセンス材料２０６によって放射された緑色／黄色光は黄色発光ルミネッセンス材料２０２によって吸収されず、その逆も然りである。サブ領域２４２、２４６のパターンは、様々なサブ領域の材料を基部層２４４上にプリントすることにより得られる。
ルミネッセンスコンバータ２６０は、光透過性で、実際の実施形態では透明であってよい基板層２６４を含む。基板層２６４上には、様々なサブ領域２６２、２６６、２６８を含むパターニングされた層が設けられる。サブ領域２６２、２６６、２６８のそれぞれは、黄色発光有機ルミネッセンス材料２０２、赤色発光有機ルミネッセンス材料２０８、及び緑色／黄色発光ルミネッセンス材料２０６からなる群のうち１つのルミネッセンス材料のみを含む。このようなパターニングでは、ルミネッセンス材料のそれぞれは、基板層２６４の側面にて受光され、ルミネッセンスコンバータ２６０の反対側において放射されなければならない場合、限られた程度で他のルミネッセンス材料に影響を及ぼす。
ルミネッセンス材料２０２、２０６、１０８は、特定材料の層において、球体として概略的に描かれている。有機ルミネッセンス材料は分子からなり、したがって、特定のルミネッセンス材料が有機ルミネッセンス材料である場合、上記球体は分子を概略的に表す。有機分子は、例えばマトリックスポリマーである層を形成する材料内に分子状に溶解される。無機ルミネッセンス材料及び散乱粒子は、例えばマトリックスポリマーである層を形成する材料内に分散される粒子である。無機ルミネッセンス粒子及び／又は散乱粒子は、０．１乃至１０マイクロメートルのオーダーの寸法を有する。図３ａは、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）と、次の仕様（第１の層２２６は５４μｍの厚さで、０．３８重量％のＬｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ３０５を有し、第２の層２２４は８１μｍの厚さで、０．１重量％のＬｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ１７０を有し、第３の層２２２は７５μｍの厚さで、５０重量％のＬｕＡＧを有する）を有するルミネッセンスコンバータ２２０とを含む蛍光体強化光源の発光スペクトル３００を示す。各層は、マトリックスポリマーであるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を有する。得られる発光の色温度は３０００Ｋであり、ＣＲＩは８０より大きい。図３ａにおいて見られるように、蛍光体強化光源は、比較的高いＣＲＩをもたらす４９０乃至５６０ｎｍのスペクトル範囲内の光も放射する。
図３ｂは、青色ＬＥＤとルミネッセンスコンバータ２４０とを含む蛍光体強化光源の発光スペクトル３５０を示す。ルミネッセンスコンバータは、２７μｍの厚さで、０．０５重量％のＬｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ３０５を含むＰＭＭＡ基部層を有する。黄色発光有機ルミネッセンス材料２０２を有するサブ領域２４２が、２１０μｍの厚さで、０．０１重量％のＬｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｙｅｌｌｏｗ１７０を含むＰＭＭＡ層の一部であり、その上に、ＰＭＭＡからなる６０μｍの厚さの散乱層（Ａｌ２Ｏ３粒子を含む）が設けられる。緑色黄色発光無機ルミネッセンス材料２０６を有するサブ領域２４６は、２００μｍの厚さで、５０重量％のＬｕＡＧを含むＰＭＭＡ層の一部である。
図４は、蛍光体強化光源４００、４３０、４６０の３つの実施形態を示す。蛍光体強化光源４００は、青色ＬＥＤ４１０がその上に設けられる基部４０８を含む。光混合チャンバ４０４が、基部４０８、壁４０６、及び本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータ４０２によって囲まれる。光混合チャンバ４０４の方に向く基部の表面及び壁の表面は、光反射性であってよい。青色又はＵＶ ＬＥＤ４１０は、青色光をルミネッセンスコンバータ４０２に向けて放射し、ルミネッセンスコンバータ４０２は、ＬＥＤ４１０によって放射された光の少なくとも一部を、黄色、赤色及び緑色／黄色の光に変換する。その結果、青色、緑色、黄色、及び赤色光の組み合わせが、色空間（例えばＣＩＥｘｙｚ色空間）において黒体線に近い色点を有し、８０より大きいＣＲＩを有する蛍光体強化光源４００の周囲環境に放射される。蛍光体強化光源４００は、図３ａのコンテキストにおいて説明されたルミネッセンスコンバータが使用され、ＬＥＤが青色光を放射する場合は、図３ａによる発光スペクトルを有する。
蛍光体強化光源４３０の別の実施形態は、壁を含まないが、光混合チャンバ４０４を囲む湾曲ルミネッセンスコンバータ４３２を含む。
蛍光体強化光源４６０は、レトロフィット蛍光灯管である。蛍光灯管４６６の断面が示される。蛍光灯管４６６の内側チャンバ４６４内に青色ＬＥＤ４６８が設けられる。蛍光灯管４６６の長さに沿って、複数のそのようなＬＥＤ４６８が設けられてよい。青色ＬＥＤ４６８は、本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータ４６２に向けて青色を放射する。ルミネッセンスコンバータ４６２は、蛍光灯管４６６の内側チャンバ４６４の方を向く蛍光灯管４６６の内面に付加される。
図５は、本発明の第３の態様による照明器具５００の一実施形態を示す。照明器具５００は、本発明の第１の態様によるルミネッセンスコンバータ、又は、本発明の第２の態様による蛍光体強化光源５０２を含む。
なお、上述の実施形態は、本発明を説明するものであって本発明を限定するものではなく、また、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態をデザインすることができることは留意すべきである。
請求項において、括弧内の任意の参照符号は、当該請求項を限定するものと解釈されるべきではない。「含む」との動詞とその活用形の使用は、請求項に記載される要素又はステップ以外の要素又はステップを排除するものではない。不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」で示される要素は、当該要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を含むハードウェア手段によって実施されてよい。幾つかの手段を列挙する装置クレームでは、これらの手段のうちのいくつかは、全く同一のハードウェアアイテムによって具現化されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

Claims (14)

  1. 光源を含む蛍光体強化光源のためのルミネッセンスコンバータであって、前記ルミネッセンスコンバータは、第１の有機ルミネッセンス材料と、第２の有機ルミネッセンス材料と、第３の無機ルミネッセンス材料とを含み、
    前記第１の有機ルミネッセンス材料は、前記光源によって放射された光の第１の部分を吸収し、及び／又は、前記第２の有機ルミネッセンス材料若しくは前記第３の無機ルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つによって放射された光の一部分を吸収し、前記第１の有機ルミネッセンス材料は、前記吸収した光の少なくとも一部を第１の色分布の光に変換し、
    前記第２の有機ルミネッセンス材料は、前記光源によって放射された光の第２の部分を吸収し、及び／又は、前記第１の有機ルミネッセンス材料若しくは前記第３の無機ルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つによって放射された光の一部分を吸収し、前記第２の有機ルミネッセンス材料は、前記吸収した光の少なくとも一部を第２の色分布の光に変換し、
    前記第３の無機ルミネッセンス材料は、前記光源によって放射された光の第３の部分を吸収し、及び／又は、前記第１の有機ルミネッセンス材料若しくは前記第２の有機ルミネッセンス材料によって放射された光の一部分を吸収し、前記第３の無機ルミネッセンス材料は、前記第１の有機ルミネッセンス材料及び前記第２の有機ルミネッセンス材料のうちの少なくとも１つによる光の自己吸収を補償するために、前記吸収した光の少なくとも一部を第３の色分布に変換する、ルミネッセンスコンバータ。
  2. 前記第１の色分布は、赤色光を含み、
    前記第２の有機ルミネッセンス材料は、前記第３の無機ルミネッセンス材料によって放射された光の一部分を吸収し、及び／又は、前記光源によって放射された光の一部分を吸収するだけであり、
    前記第２の色分布は、黄色光を含み、
    前記第３の無機ルミネッセンス材料は、前記光源によって放射された光の前記第３の部分のみを吸収し、
    前記第３の色分布は、４９０ｎｍ乃至５６０ｎｍのスペクトル範囲内の光を含む、請求項１に記載のルミネッセンスコンバータ。
  3. 前記第２の有機ルミネッセンス材料は、式（Ｉ）又は（ＩＩ）：
    による化合物であり、
    式中、
    Ｇ１は、直鎖若しくは分岐アルキル基又は酸素含有アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏｍであって、ｎは、１乃至４４の整数であり、ｍ＜ｎ／２であるか、又はＧ１は、Ｙであり、
    Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｊ及びＱは、それぞれ、独立して、水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、又は、非置換の飽和アルキルＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数であり、
    Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、及びＧ５のうちの少なくとも２つはフッ素である一方で、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、及びＧ５のうちの残りは、独立して、水素、メトキシ、又は、非置換の飽和アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数であり、
    Ｒは、直鎖若しくは分岐アルキル基又は酸素含有アルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏｍであって、ｎは、１乃至４４の整数であり、ｍ＜ｎ／２であるか、又は、Ｒは、水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、若しくはシアノであり、
    Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｊ及びＱは、それぞれ、独立して、水素、イソプロピル、ｔ−ブチル、フッ素、メトキシ、シアノ、又は、非置換の飽和アルキルＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは、１乃至１６の整数である、請求項１に記載のルミネッセンスコンバータ。
    によるペリレンモノアミド化合物を含むか、又は、前記第２の有機ルミネッセンス材料は、式（Ｖ）若しくは（ＶＩ）：
    によるフッ素置換されたペリレンビスアミド化合物を含む、請求項３に記載のルミネッセンスコンバータ。
  4. 前記第１の有機ルミネッセンス材料は、ペリレン誘導体を含む、請求項１に記載のルミネッセンスコンバータ。
  5. 前記第３の無機ルミネッセンス材料は、ＹＡＧ：Ｃｅ又はＬｕＡＧ：Ｃｅのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のルミネッセンスコンバータ。
  6. 前記第１の有機ルミネッセンス材料、前記第２の有機ルミネッセンス材料、及び前記第３の無機ルミネッセンス材料の混合体を含む層を含む、請求項１に記載のルミネッセンスコンバータ。
  7. 少なくとも３つの層からなる積層を含み、各層は、前記第１の有機ルミネッセンス材料、前記第２の有機ルミネッセンス材料、及び前記第３の無機ルミネッセンス材料の群からの単一のルミネッセンス材料を含む、請求項１に記載のルミネッセンスコンバータ。
  8. 前記第１の有機ルミネッセンス材料、前記第２の有機ルミネッセンス材料、及び前記第３の無機ルミネッセンス材料の群からの第１の材料を含む第１のサブ領域と、
    前記第１の有機ルミネッセンス材料、前記第２の有機ルミネッセンス材料、及び前記第３の無機ルミネッセンス材料の群からの第２の材料を含む第２のサブ領域と、
    を含む層であって、
    前記第２の材料は、前記第１の材料とは異なり、前記第１のサブ領域は、前記第２の材料を含まず、前記第２のサブ領域は前記第１の材料を含まない、前記層を含む、請求項１に記載のルミネッセンスコンバータ。
  9. 前記第１の有機ルミネッセンス材料、前記第２の有機ルミネッセンス材料、及び前記第３の無機ルミネッセンス材料の群からの第３の材料を含む更なる層を含み、前記第３の材料は、前記第１の材料及び前記第２の材料とは異なる、請求項９に記載のルミネッセンスコンバータ。
  10. 前記層は、前記第１の有機ルミネッセンス材料、前記第２の有機ルミネッセンス材料、及び前記第３の無機ルミネッセンス材料の群からの第３の材料を含む第３のサブ領域を含み、前記第３の材料は、前記第１の材料及び前記第２の材料とは異なり、前記第３のサブ領域は、前記第１の材料及び前記第２の材料を含まず、前記第１のサブ領域及び前記第２のサブ領域は、前記第３の材料を含まない、請求項９に記載のルミネッセンスコンバータ。
  11. 光源と、
    請求項１に記載のルミネッセンスコンバータと、
    を含む、蛍光体強化光源。
  12. 前記光源は、青色光を放射する、請求項１２に記載の蛍光体強化光源。
  13. 演色評価数が７５より大きい発光を有する、請求項１２に記載の蛍光体強化光源。
  14. 請求項１に記載のルミネッセンスコンバータ、又は、請求項１２に記載の蛍光体強化光源を含む照明器具。
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