JP2021003568A - 単一ダイオード殺菌 - Google Patents

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【課題】微生物を不活化する装置が開示される。【解決手段】装置は、発光体と、発光体からの光の少なくとも一部を変換するように配置された少なくとも１つの光変換材料とを含む。発光体から放出された光と、少なくとも１つの光変換材料から放出された変換された光とが混合して合成光を形成し、合成光における約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの範囲内で観測されるスペクトルエネルギーの割合が約２０％より大きい。別の実施形態では、該装置は、３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長の光を放出するように構成された発光体と、少なくとも１つの蛍光増白剤を含み第２の光を放出するように構成された少なくとも１つの光変換材料とを含む。該装置を出射する第１の光と、該装置を出射する第２の光とが混合して合成光を形成し、合成光は白色である。【選択図】図１

Description

本開示は、白色又は白色の色相として知覚され得る光を放出することができる発光装置に関し、さらに詳細には、白色又は白色の色相として知覚され得る光を放出すると同時に微生物の不活化を引き起こすことができる発光装置に関する。
発光装置は、大部分の屋内占有環境では、その領域の照明、その領域内で完了する作業の照明及びその領域の占有者及び物体の照明を提供するための基本的な必需品である。屋内用の照明技術には、多くの他の技術のなかで、白熱電球やハロゲン電球から蛍光灯や発光ダイオード（ＬＥＤ）の電球や装置に至るまで様々なものがある。今日まで、これらの照明技術の主な目的は、人間を満足させるように、様々な色、テクスチャ、及び物体の特徴を効果的に照らすことができる「白色」光と人間がみなし得る光を提供することである。
照明には多くの技術が商業的に使用されているが、費用対効果の観点から、効率的で高品質の白色光照明を提供する技術としてＬＥＤ照明が成長している。一般照明用の一般的なＬＥＤの一部では、青色光を放出するように励起され、その青色光の一部を他の光の波長、例えば黄色の波長などに変換するためにセリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）などの蛍光体材料と組み合わされた半導体接合を使用する。適切にバランスさせると、半導体接合部及び蛍光体材料から放出された合成光は、白色又は白色の色相として知覚される。青色発光半導体は、現在、比較的高い効率、比較的低いコスト、（別の色の光を放出する発光半導体と比較して）全体的な光のスペクトルに対する青色光の寄与という比較的望ましい色の利点などの多くの理由により使用されている。
別のＬＥＤ技術の一部では、青色光の代わりにＵＶ、近ＵＶ又は紫色光を放出する半導体接合を使用する。蛍光体材料を組み合わせて、青色の一部、紫色又はＵＶ光を他の光の波長に変換し、２つの成分を適切にバランスさせて白色又は白色の色相の光を提供する。紫色ＬＥＤは、効率及びコストパフォーマンスが一般的に低いため使用頻度が低いが、色調指数（ＣＲＩ）のようないくつかの特性では十分な光の視覚品質を提供できることが商業的に示されている。
これらのＬＥＤ技術ではともに、放出された出力光の比較的高い発光効率を達成することは、放出された出力光の望ましい色特性（ＣＲＩ、相関色温度（ＣＣＴ）、色域など）を達成することとバランスする。言い換えれば、照明装置から放出される合成光の波長は、所望の色特性の犠牲を最小限に抑えながら高い効率を達成するように、人間の目の分光感度に関連して選択される。
放出光を様々な方法で利用することを期して、追加的な性能要素を備えた代替的な光源が作成されている。園芸、健康、暖房及び殺菌（ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎ）のための照明器具及び装置が展示されている。これらの照明器具及び装置は、出力光の発光効率に合わせて調整されることに加えて、追加的性能要素を達成するべく特定の出力光領域の出力を増加させるように調整される。
これらの照明器具及び装置は、光化学、光生物学、放射エネルギーなど様々な光の代替的機能を使用して、二重機能又は多機能の照明を提供する。典型的には、追加機能の吸収スペクトル又は活性化スペクトルと一致する特定の領域に対して放射エネルギー出力の最適化が図られる。例えば、園芸用の照明器具及び装置では、クロロフィル及び他の植物ベースの光活性化機構の吸収スペクトル又は活性化スペクトルに一致する光を放出するように最適化が図られる。概日リズムを補助する照明器具及び装置では、メラトニンの吸収スペクトル又は活性化スペクトルに一致する光を放射するように最適化が図られる。
複数の機能のために光を放出するこれらの照明器具及び装置では、発光をバランスさせて各機能の許容レベルを達成することができる。かかる機能の１つは、一般照明（例えば、多機能照明器具及び装置が人間によって占有された空間で使用される場合）であってもよく、この場合、放出光の比較的高い発光効率を達成することは、放出光の望ましい色特性を達成することとバランスするのみならず、１又は複数の他の機能を許容可能なレベル又は所望のレベルに達成することともバランスする。
本明細書に開示された開示の実施形態は、微生物を不活化する装置を含む。該装置は発光体と、発光体からの光の少なくとも一部を変換するように配置された少なくとも１つの光変換材料とを含み、発光体から放出された光と、少なくとも１つの光変換材料から放出された変換された光の少なくとも一部とが混合して合成光を形成し、合成光における約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの波長範囲内で観測されたスペクトルエネルギーの割合が約２０％を超える。
本明細書の開示の実施形態は、微生物を不活化する装置を含む。該装置は、発光体と、第１の光の直通路中にあるように配置された少なくとも１つの光変換材料とを含む。発光体は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の第１の光を放出するように構成され、少なくとも１つの光変換材料は、第１の光が少なくとも１つの光変換材料に入射するのに応じて第２の光を放出するように構成される。該装置を出射する第１の光と、該装置を出射する第２の光とが混合して合成光を形成し、合成光は白色である。少なくとも１つの光変換材料は、４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長の光を放出する少なくとも１つの蛍光増白剤を含む。
本開示のこれら及び他の特徴は、本開示の様々な態様を描写する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明からさらに容易に理解されるであろう。
図１は、様々な実施形態による発光装置を示す。 図２は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図３は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図４は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図５は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図６は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図７は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図８は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図９は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図１０は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図１１は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図１２は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図１３は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図１４は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図１５は、様々な実施形態による別の発光装置を示す。 図１６は、本開示のいくつかの実施形態における発光装置の色座標範囲である選択されたＣＣＴにおいて受容されるｘ−ｙ座標を示したＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７Ａ ＬＥＤ規格を示す。
図面は縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを示すことが意図されており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではない。図面では、同様の番号が図面間で同様の要素を表す。発明を実施するための形態では、例として図面を参照して、利点及び特徴とともに本開示の実施形態を説明する。
様々な実施形態によれば、白色又は白色の色相として知覚される光を放出することができ、同時に、少なくともいくつかの微生物の不活化を引き起こす特定の波長を有するある程度の密度の光（ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）を放出することができる照明装置が開示される。発光装置は、発光体から放出された光が光変換材料に向けられ、光変換材料に向けられたこの光の少なくとも一部が光変換材料によって異なる品質（例えば、異なるピーク波長）を有する光に変換されるように組み立てられる発光体（例えば、ＬＥＤ、レーザ）及び１つ又は複数の光変換材料（例えば、蛍光体、蛍光増白剤）から構成される。光変換材料が光を吸収して励起又は活性化し、異なる質（例えば、異なるピーク波長）の光を放出することによって、光を変換することができる。発光体及び光変換材料によって放出された合成光における、約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの波長範囲内で観測されたスペクトルエネルギーの割合が約２０％を超える。
発光体及び光変換材料は、限定されるものではないが、図１〜図１５に示される実施形態などの多くの異なる方式で組み立てられてもよい。発光体及び光変換材料によって放出された光は、光学素子、反射器又は他のアセンブリ構成要素によって改変されて、発光装置によって放出された合成光が白色又は白色の色相として知覚されるのを容易にすることができる。図１を参照すると、発光体としてのポンプＬＥＤ１２と、光変換材料１４と、カプセル材料１６と、基板１８とを含む発光装置１０が示されている。光変換材料１０４は、カプセル材料１０６内に分散されていてもよい。ポンプＬＥＤ１２及び光変換材料１０４は、基板１０８上に支持されている。
図２は、発光体としてパッケージ化されたポンプＬＥＤ２２と、光変換材料２４と、光変換材料２４を収容するレンズ２６と、基板又はベース２８とを含む発光装置２０を示す。
図３は、カプセル材料３６内に均一に分布する光変換材料３４に収容されたポンプＬＥＤ３２のアレイを含む発光装置３０を示す。
図４は、光を赤色、緑色、青色及び琥珀色の光に変換する光変換材料４４を有するＬＥＤ４２のアレイを含む発光装置４０を示す。光変換材料４４はカプセル材料４６内に分散されているか又は収容されている。ＬＥＤ４２及びカプセル材料４６が基板４８上に支持されている。
図５は、カプセル材料５６に収容された光変換材料５４に収容されたＬＥＤ５２を含む発光装置５０を示しており、これらの材料はいずれも基板５８上に支持されている。
図６は、レンズ６６に収容された光変換材料６４に収容されたパッケージ化されたＬＥＤ６２を含む発光装置６０を示す。ＬＥＤ６２、光変換材料６４及びレンズ６６は、ベース又は基板６８によって支持されている。
図７は、レンズ７６に収容されたコンフォーマルコーティングされた（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ ｃｏａｔｅｄ）光変換材料７４に収容されたパッケージ化されたＬＥＤ７２を含む発光装置７０を示す。ＬＥＤ７２、光変換材料７４及びレンズ７６は、ベース又は基板７８上に支持されている。
図８は、カプセル材料８６に収容された光変換材料８４に収容されたＬＥＤ８２のアレイを含む発光装置８０を示す。ＬＥＤ８２、光変換材料８４及びカプセル材料８６は、基板８８上に支持されている。
図９は、ＬＥＤ９２と、外側光変換フィルタ９４と、ベース９７と、台座９８とを含む電球である発光装置９０を示している。ベース９７及び台座９８は、ＬＥＤ９２を支持する。
図１０は、ＬＥＤ１０２と、外側バルブ１０６に収容された光変換フィルタ１０４と、ベース１０７と、台座１０８とを含む電球である発光装置１００を示す。光変換フィルタ１０４は、外側バルブ１０６に直接接触していてもよい。
図１１は、ＬＥＤ１１２と、ポンプＬＥＤ１１２の上に配置された光変換フィルタ１１４と、外側バルブ１１６と、ベース１１７と、台座１１８とを含む電球である発光装置１１０を示す。光変換フィルタ１１４は、ポンプＬＥＤ１１２上に直接配置されていてもよい。
図１２は、ＬＥＤ１２２と、ポンプＬＥＤ１２２を取り囲む光変換フィルタ１２４と、外側バルブ１２６と、ベース１２７と、台座１２８とを含む電球である発光装置１２０を示す。光変換フィルタ１２４は、ポンプＬＥＤ１２２に直接接触していてもよい。
図１３は、ＬＥＤ１３２と、ポンプＬＥＤ１３２上の光変換フィルタ１３４と、反射器１３５と、レンズ１３６と、ベース１３７とを含むスポットランプである発光装置１３０を示す。光変換フィルタ１３４は、ポンプＬＥＤ１３２上に直接配置されていてもよい。
図１４は、ＬＥＤ１４２と、光変換フィルタ１４４と、反射器１４５と、光変換フィルタ１４４上のレンズ１４６と、ベース１４７とを含むスポットランプである発光装置１４０を示す。レンズ１４６は、光変換フィルタ１４４上に直接配置されていてもよい。
図１５は、ＬＥＤ１５２と、光変換フィルタ１５４と、反射器１５５と、ベース１５７とを含むスポットランプである発光装置１５０を示す。
図１〜図１５ではＬＥＤとして示されているが、発光体は、基板及びＬＥＤ（例えば、ポンプＬＥＤ）、パッケージ化されたＬＥＤ、ＬＥＤのアレイ、スポットランプ、レーザ、並びにＬＥＤ交換器具又は他の電球を備えた従来の電球を含むが、これらに限定されない、任意の公知の発光体であってよい。発光体は、光の３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内に、ピーク波長／光出力の大部分を有することができる。複数の発光体（例えば、ＬＥＤのアレイ）を有する実施形態では、発光体はいずれも、ほぼ同じ波長の光を放出することができる。例えば、図３に示されたＬＥＤ３２のアレイ及び図４に示されたＬＥＤ４２のアレイはいずれも、３８０〜４２０ｎｍの範囲内の光を放出することができる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ３２、４２のアレイはいずれも３９０〜４１５ｎｍの範囲内の波長の光を放出することができ、他の実施形態では４００ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲内の波長の光を放出することができる。
本明細書で使用する光変換材料は、ある波長の光（ｃｅｒｔａｉｎ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）を吸収し、別の波長の光としてそれを再放出する能力を有する材料、物質又は構造の広範囲なカテゴリを構成する。光変換材料は、発光材料及び光透過／濾過材料とは異なることに留意されたい。発光材料は、非ＵＶ−ＶＩＳ−ＩＲ形態のエネルギーをＵＶ−ＶＩＳ−ＩＲ発光に変換する材料、物質又は構造／装置として大きく分類することができる。非紫外線−可視光線−赤外線（ＵＶ−ＶＩＳ−ＩＲ）形態のエネルギーは、電気、化学反応／電位、マイクロ波、電子ビーム及び放射性崩壊であってよいが、これらに限定されない。光変換材料は、光変換媒体を作る媒体中に収容されていても、媒体上に堆積されていてもよい。光変換材料、光変換媒体、光変換フィルタ、蛍光体及びその他の光の変換に関する用語は、開示された光変換材料の例であることを意図することを理解されたい。いくつかの実施形態では、光変換材料は、蛍光体、蛍光増白剤、蛍光体の組合せ、蛍光増白剤の組合せ、又は蛍光体と蛍光増白剤との組合せであってよい。蛍光増白剤は、電磁スペクトルの紫外領域及び／又は紫色領域内の光を吸収し、青色領域内の光を再放出する光変換材料（例えば、化合物）である。光変換材料は、スケール調整された方法でも、特にスケール調整されていない方法でも、複数の異なる波長の光を吸収し、複数の異なる波長の光を放出することができる。
蛍光体又は他の光変換材料は、少なくとも図１〜図７に示されるように発光体上に直接堆積されてもよく、又は発光体から離れた光変換フィルタを示す少なくとも図９〜図１０及び図１４〜図１５に示されるように、発光体から離れているか若しくはさらに発光体から除去されていてもよい。遠隔蛍光体構成は、光束の表面積を増加させることによって、光変換フィルタを通る光束密度を低減させる。発光体と光変換フィルタとを物理的に分離し、光束を低減することにより、発光体からの伝導熱を低減して、光変換フィルタの動作温度を低下させることができる。光変換フィルタの温度が低いほど、光出力の熱消光及び動作温度の上昇による他の望ましくない影響が減少する。光変換材料は、例えばコンフォーマルコーティング、ドープされたカプセル材料又はバインダー材料、及び遠隔蛍光体として堆積させることができる。少なくとも１つの光変換材料は、異なる又は同一の比率で完全に均質化され、バルク混合物として使用されてもよく、又は少なくとも１つの光変換材料は、別個に配置又は積層された一部又は全部を有して、混合した際に相溶性でない可能性があるか又は下部の光（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）を過剰に吸収する可能性がある様々な材料の吸収及び放出に影響を及ぼしてもよい。
いくつかの実施形態では、発光装置からの合成光出力又は合成された放出光（例えば、光変換材料からの放出光と混合された、発光体からの放出光）のＣＲＩ値は、少なくともＣＲＩ値５５、６０、６５又は７０であり得る。さらなる実施形態では、ＣＲＩ値は、少なくとも８０、８５、９０又は９５、プラスマイナス約５であり得る。
いくつかの実施形態では、発光装置からの合成光出力又は合成された放出光は、白色光であり得る。白色光は、相関色温度（ＣＣＴ）値が、約１０００ケルビン（Ｋ）〜約８０００Ｋ、いくつかの実施形態では約２０００Ｋ〜約６０００Ｋ、さらにいくつかの実施形態では約２，５００Ｋ〜約５，０００Ｋの光として定義することができ、ここで「約」はプラスマイナスおよそ２００Ｋを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、発光装置は、３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内で少なくとも２０％の光出力のスペクトル成分（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ）を有することができる。３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内での光出力のスペクトル成分は、３８０〜７２０ｎｍの範囲内の波長を有する光の絶対放射照度値に対する３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光の絶対放射照度値の割合として定義される。後者の値を前者の値で除算すると、３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内で放出光の％スペクトル成分が得られる。スペクトル出力は放射エネルギーとして定義される。絶対放射照度値は、現在知られている手段又は後に開発される手段によって観測することができる。いくつかの実施形態では、絶対放射照度値は放射エネルギーのｍＷで観測される。
３８０〜４２０ｎｍの波長範囲内のスペクトル成分は、細菌性病原体の不活化に利用することができる。４０５ｎｍのピーク波長並びに４０５ｎｍ超及び未満の波長の範囲（３８０〜４２０ｎｍ）が、細菌性病原体の不活化に有効であることが証明されている。
一例として、該装置は、「青色蛍光体」ＬＥＤ装置と同様に組み立ててもよい。青色蛍光体ＬＥＤ装置は、光を放出することができる単一パッケージの電子装置である。図２とともに他の図のいくつかに示す該装置の実施形態は、例えば、「青色蛍光体」ＬＥＤ装置と構造的に類似していてもよい。典型的には、「青色蛍光体」ＬＥＤ装置では、青色光を放出することができる半導体ＬＥＤが、蛍光体材料によって覆われるか又は取り囲まれ、そうでなければ、ダイオードから放出された光が蛍光体を通過するように配置される。「青色蛍光体」ＬＥＤ装置は、ＬＥＤからの元の青色光の一部と、青色光から変換された蛍光体からの光の一部とを放出する。「青色蛍光体」ＬＥＤ装置は、青色光と蛍光体から放出された光との合成光放出比を有して、白色として全体的に知覚される光を放出する。
本開示の実施形態によるＬＥＤ装置は、「青色蛍光体」ＬＥＤ装置と同様に組み立てられるが、青色として知覚される約４５０〜４９５ｎｍの従来の範囲内の波長ではなく、その大部分／ピークが３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長の光を放出する半導体ＬＥＤを含む。３８０〜４２０ｎｍの波長の光は、限定されるものではないが、グラム陽性菌、グラム陰性菌、細菌内生胞子並びに酵母及び糸状菌などの微生物を死滅させるか不活化することができる。死滅するか不活化されるグラム陽性菌の一部としては、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ（ＭＲＳＡを含む）、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｐｅｒｆｒｉｎｇｅｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｉｆｆｉｃｉｌｅ、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆａｅｃａｌｉｓ， Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ｅｐｉｄｅｒｍｉｄｉｓ， Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｃｏｃｕｓ ｈｙｉｃｕｓ， Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｐｙｏｇｅｎｅｓ， Ｌｉｓｔｅｒｉａ ｍｏｎｏｃｙｔｏｇｅｎｅｓ， Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｅｒｅｕｓ及びＭｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｅｒｒａｅが挙げられる。グラム陰性菌の一部としては、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｂａｕｍａｎｎｉｉ， Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ， Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ， Ｐｒｏｔｅｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ， Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ， Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｅｎｔｅｒｉｔｉｄｉｓ， Ｓｈｉｇｅｌｌａ ｓｏｎｎｅｉ及びＳｅｒｒａｔｉａ属が挙げられる。細菌内生胞子の一部としては、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｅｒｅｕｓ及びＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｉｆｆｉｃｉｌｅが挙げられる。酵母及び糸状菌の一部としては、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ， Ｃａｎｄｉｄａ ａｌｂｉｃａｎｓ及びＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅが挙げられる。３８０〜４２０ｎｍの波長の光は、試験されたタイプの細菌いずれに対しても有効であったが、種に応じて時間又は線量が異なる。既知の結果に基づけば、ある期間にわたり、あらゆるグラム陰性菌及びグラム陽性菌に対して、ある程度まで有効であると予測される。多くの種類の真菌に対しても有効であるが、効果を発揮するのにさらに長い時間を要する。本開示の実施形態によるＬＥＤは、ＬＥＤ（３８０〜４２０ｎｍ）から放出されたその抗菌光の一部を吸収して別の波長に変換することができる蛍光体材料に取り囲まれている。このＬＥＤ装置は、限定されるものではないが、ルテチウムアルミニウムガーネット及び窒化物などの、適切な比率で組み合わされた際に白色又は白色の色相として知覚される光を放出することができる選択された蛍光体の組合せを有することができる。この例示的なＬＥＤ装置は、７０以上のＣＲＩを有することができる。いくつかの実施形態では、この例示的なＬＥＤ装置は、８０以上のＣＲＩを有することができる。約３８０〜４２０ｎｍの波長を有する例示的なＬＥＤ装置から放出された光のスペクトル成分のパーセンテージは、２０％以上であり得る。いくつかの実施形態では、約３８０〜４２０ｎｍの範囲内の波長を有する光は、例示的なＬＥＤ装置から放出された合成光全体の少なくとも約２５％、３０％、３５％、４０％、４５％又は５０％を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、発光装置は、ＬＥＤ及び光変換材料を含む表面実装型ＬＥＤ装置であってよい。表面実装型ＬＥＤ装置は、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）上に実装することができるか、そうでなければ発光装置及びＬＥＤに電力を伝達することができるように構成することができる。ＬＥＤは、ＬＥＤから該装置の外部への電気的接続を可能にするボンドワイヤ又はリード線を介してＰＣＢに連結することができる。該装置は、レンズ、カプセル材料又はその他の保護カバーを有してもよい。図１〜図８に示された実施形態は、それぞれのＬＥＤに接続され、ＰＣＢに接続されるように構成されたワイヤ又はリードを用いてそれらを構成することによって、表面実装型ＬＥＤ装置として実施することができる。
さらなる実施形態では、発光装置は、表面実装型パッケージに類似しているもののＰＣＢ基板に実装されることが意図されているか、そうでなければ、ＰＣＢ又は類似の構造上の対応する穴又はビアと嵌合する導電性の脚部を介して装置及び発光体に電力を伝達することができるように構成された、スルーホールＬＥＤ装置であってよい。脚部は、はんだ又は別の導電性媒体を介してＰＣＢ又は類似の構造に連結されている。
いくつかの実施形態では、発光装置は、１又は複数の光源と光変換材料とを有するパッケージであるチップオンボードＬＥＤ構成であってよい。１又は複数の光源は基板に直接実装することができ、光変換材料は、放出光の所望の部分が光変換材料によって変換されるように配置することができる。
本開示の実施形態は、許容可能な特性を有する白色光を達成するために複数の異なる発光体を装置に組み込むことを要する、許容可能な光スペクトルを生成する装置を用いた以前の試みとは異なる。その各々が光学素子又はハウジング構造を介してその放出光を組み合わせることを必要とし、その結果、電子機器、制御、光学素子及びハウジング構造の増加が必要となる、複数の異なる発光体を、本開示の実施形態は必要としない。単一のアセンブリから合成光スペクトルを生成することができる単一の発光体を有する発光装置と比べると、かかる複数の発光体発光装置に伴う追加的要素及びコストメトリック（ｃｏｓｔ ｍｅｔｒｉｃｓ）の増加は、複数の発光体発光装置の混色方法を本質的に煩雑にする。
ある実施形態では、所望のスペクトルの殺菌能力（ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を維持しながら、紫色ＬＥＤ（約４０５ｎｍ）のみを使用して白色光を生成するユニットを含む装置が開示される。本開示の実施形態による単一の発光体（例えば、ＬＥＤ）を用いて、ＣＲＩが８０を超える２７００ｋ、３５００ｋ及び４１００ｋの色温度が可能である。一般に、最小ＣＲＩが７０、紫色スペクトル成分が２０％を超える２７００〜５０００ｋのＣＣＴ範囲が可能である。いくつかの実施形態では、２つ以上の光変換材料を使用することにより、これらの値を達成することができる。いくつかの実施形態では、光を赤色（６２０〜７５０ｎｍ）、緑色（４９５〜５７０ｎｍ）及び青色（４５０〜４９５ｎｍ）の波長にそれぞれ変換する蛍光体、例えば、窒化物、ルテチウムアルミニウムガーネット及びＣａ２ＰＯ４Ｃｌ：Ｅｕ２＋をそれぞれ使用することができる。
克服するのが難しい側面には、従来のＬＥＤ白色光とは対照的に、青色光の発光がないことがある。紫色光を他の色と組み合わせて白色を生成することはできるが、紫色光については、人によって知覚の差が存在することが分かっている。これは、様々な人々によって合成光が異なって見えることを意味する。紫色が過剰に見える人もいれば、紫色があまり見えない人もいて、全体的に白色光の色が誤って示される（ｍｉｓｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）ことになる。さらに、青色光が十分でなければ、高いＣＲＩを達成することはさらに困難になる。従来の試みでは、青色ＬＥＤを他の色と混合してＣＲＩを高め、混合された光出力の色をバランスさせていた。この手法でも、感度に応じて光がなお異なって見える人がいるが、組み合わされたスペクトル全体にわたり観察された色の差が小さくなっている。本明細書のいくつかの実施形態では、代わりに、蛍光体、蛍光増白剤又は他の青色放出材料を使用することによって青色光を加える。これらの材料は、別個の青色ＬＥＤを使用することなく、紫色光を吸収し、青色光を放出することができる。蛍光体材料組成物の一部としては、イットリウムアルミニウムガーネット、ルテチウムアルミニウムガーネット、窒化物、酸窒化物、硫化カルシウム、Ｃａ２Ｐ０４Ｃｌ：Ｅｕ２＋及びケイ酸塩が挙げられる。蛍光増白剤の一部としては、スチルベンの化学的誘導体、クマリン、１，３ジフェニルピラゾロン、ナフタレンジカルボン酸、複素環ジカルボン酸及び桂皮酸が挙げられる。
図１６は、本開示のいくつかの実施形態で実際に達成され得る色座標及び色座標の範囲の一例となる。これらは、達成可能な色座標のいくつかの既存の標準の例であることを理解されたい。現存の、又は将来開発される可能性のある、他の白色光用標準が使用されてもよい。さらに、開示された装置は、ＣＩＥ標準光源及び／又は標準光源群に対する色座標の点でほぼ一致していてもよい。開示された装置は、標準光源のあらゆる定義された特性と一致しない場合があるが、いくつかの実施形態では、ｘ−ｙ色座標にほぼ一致することに留意されたい。これらの追加のＣＩＥ標準光源の一部としては、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ５０、Ｄ５５、Ｄ６５、Ｄ７５、Ｅ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８、Ｆ９、Ｆ１０、Ｆ１１及びＦ１２が挙げられるが、これらに限定されない。
本開示の様々な態様の前述の説明は、例示及び説明のために提示されたものである。網羅的であることを意図するものではなく、開示された形態に精密に本開示を限定することを意図するものでもなく、多くの修正及び変形が可能であることは明らかである。当業者には明らかであり得るそのような変形及び修正が、添付の請求項によって規定される本開示の範囲内に含まれることが意図される。
本発明の例示的な態様を以下に記載する。
＜１＞
発光体と、
前記発光体から放出された光の少なくとも一部を変換するように配置された、少なくとも１つの光変換材料とを含み、
前記発光体から放出された光と、前記少なくとも１つの光変換材料から放出された前記変換された光の少なくとも一部とが混合して合成光を形成し、前記合成光における約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの波長範囲内で観測されたスペクトルエネルギーの割合が約２０％を超える、微生物を不活化する装置。
＜２＞
前記発光体が発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む＜１＞に記載の装置。
＜３＞
前記発光体がレーザを含む＜１＞に記載の装置。
＜４＞
前記少なくとも１つの光変換材料が、少なくとも１つの蛍光体を含む＜１＞に記載の装置。
＜５＞
前記少なくとも１つの光変換材料が、少なくとも１つの蛍光増白剤を含む＜１＞に記載の装置。
＜６＞
前記合成光のピーク波長が約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの範囲内にある＜１＞に記載の装置。
＜７＞
前記発光体が、ピーク波長が約４０５ｎｍである光を放出する＜１＞に記載の装置。
＜８＞
前記合成光のＣＲＩが７０以上である＜１＞に記載の装置。
＜９＞
前記合成光のＣＲＩが８０以上である＜１＞に記載の装置。
＜１０＞
前記発光体が発光体のアレイを含み、前記少なくとも１つの光変換材料が前記アレイの各発光体上に均一に分布されている＜１＞に記載の装置。
＜１１＞
前記合成光が白色光である＜１＞に記載の装置。
＜１２＞
前記合成光の相関色温度が約２，５００Ｋ〜５，０００Ｋである＜１＞に記載の装置。
＜１３＞
前記合成光における、約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの波長範囲内で観測されるスペクトルエネルギーの割合が約３０％より大きい＜１＞に記載の装置。
＜１４＞
前記合成光における、約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの波長範囲内で観測されるスペクトルエネルギーの割合が約４０％より大きい＜１＞に記載の装置。
＜１５＞
前記発光体から放出された光の少なくとも第２の部分が、前記少なくとも１つの光変換材料によって変換されることなく前記装置を出射する＜１＞に記載の装置。
＜１６＞
微生物を不活化する装置であって、
３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の第１の光を発光するように構成された発光体と、
前記第１の光の直通路中にあるように配置された少なくとも１つの光変換材料とを含み、
前記少なくとも１つの光変換材料は前記第１の光が前記少なくとも１つの光変換材料に入射するのに応じて第２の光を放出するように構成され、
前記装置を出射する前記第１の光と、前記装置を出射する前記第２の光とが混合して白色である合成光を形成し、
前記少なくとも１つの光変換材料は、４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内の波長の光を放出する少なくとも１つの蛍光増白剤を含む装置。
＜１７＞
前記合成光における、約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの波長範囲内で観測されるスペクトルエネルギーの割合が約２０％より大きい＜１６＞に記載の装置。
＜１８＞
前記発光体が発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む＜１６＞に記載の装置。
＜１９＞
前記合成光のピーク波長が約３８０ｎｍ〜約４２０ｎｍの範囲内にある＜１６＞に記載の装置。
＜２０＞
前記少なくとも１つの光変換材料が、６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内の波長の光を放出する第１の蛍光体と、４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内の波長の光を放出する第２の蛍光体とを含む＜１６＞に記載の装置。

Claims (24)

  1. 発光装置により光照射される表面上に存在する微生物を不活化する発光装置であって、
    ３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の第１の波長の第１の光を発光するように構成され、前記表面上に存在する微生物の不活化を起こすのに十分な照度を与えるように構成された、１つ又は複数の発光体と、
    前記第１の光の直通路中にあるように配置され、前記１つ又は複数の発光体から放出された前記第１の光の第１の部分を、前記第１の波長とは異なる第２の波長の第２の光に変換するように構成された、第一の光変換層と、
    前記第１の光の直通路中にあるように配置され、前記１つ又は複数の発光体から放出された前記第１の光の第２の部分を、前記第１の波長とは異なる第３の波長の第３の光に変換するように配置された、第二の光変換層と、
    を含み、
    前記第１の光、前記第２の光及び前記第３の光が混合して、白色であり且つ色調指数（ＣＲＩ）が７０以上である合成光を形成する、
    発光装置。
  2. 前記１つ又は複数の発光体のうち少なくとも一つが発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記１つ又は複数の発光体のうち少なくとも一つがレーザを含む請求項１に記載の発光装置。
  4. 前記第一の光変換層及び前記第二の光変換層のうち少なくとも一つが、少なくとも１つの蛍光体を含む請求項１に記載の発光装置。
  5. 前記第一の光変換層及び前記第二の光変換層のうち少なくとも一つが、少なくとも１つの蛍光増白剤を含む請求項１に記載の発光装置。
  6. 前記合成光のピーク波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にある請求項１に記載の発光装置。
  7. 前記合成光における、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内で観測されるスペクトルエネルギーの割合が２０％より大きい請求項１に記載の発光装置。
  8. 前記１つ又は複数の発光体が、ピーク波長が４０５ｎｍである光を放出する請求項１に記載の発光装置。
  9. 前記合成光のＣＲＩが８０以上である請求項１に記載の発光装置。
  10. 前記１つ又は複数の発光体が発光体のアレイを含み、前記第一の光変換層及び前記第二の光変換層が前記アレイの各発光体上に均一に分布している請求項１に記載の発光装置。
  11. 前記合成光の相関色温度（ＣＣＴ）が１，０００Ｋ〜８，０００Ｋである請求項１に記載の発光装置。
  12. 前記合成光のＣＣＴが２，５００Ｋ〜５，０００Ｋである請求項１１に記載の発光装置。
  13. ３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の第１の波長の第１の光を発光するように構成され、光が照射される表面上に存在する微生物の不活化を起こすのに十分な照度を与えるように構成された、１つ又は複数の発光体と、
    前記第１の光の直通路中にあるように配置された、第一の光変換層と、
    前記第１の光の直通路中にあるように配置された、第二の光変換層とを含み、
    前記第一の光変換層は少なくとも１つの蛍光増白剤を含み且つ４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲内にある波長の第２の光を放出し、
    前記第二の光変換層は少なくとも１つの蛍光体を含み且つ４９５ｎｍより長波長の第３の光を放出し、
    前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光が混合して、白色であり且つ色調指数（ＣＲＩ）が７０以上である合成光を形成する、
    発光装置により光照射される表面上に存在する微生物を不活化する発光装置。
  14. 前記１つ又は複数の発光体のうち少なくとも１つが発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項１３に記載の発光装置。
  15. 前記合成光のピーク波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にある請求項１３に記載の発光装置。
  16. 前記合成光における、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内で観測されるスペクトルエネルギーの割合が２０％より大きい請求項１３に記載の発光装置。
  17. 前記第二の光変換層が、６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲内の光を放出する第１の蛍光体と、４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの波長範囲内の光を放出する第２の蛍光体とを含む請求項１３に記載の発光装置。
  18. 前記合成光のＣＲＩが８０以上である請求項１３に記載の発光装置。
  19. 前記合成光の相関色温度（ＣＣＴ）が１，０００Ｋ〜８，０００Ｋである請求項１３に記載の発光装置。
  20. 前記合成光の相関色温度（ＣＣＴ）が２，５００Ｋ〜５，０００Ｋである請求項１９に記載の発光装置。
  21. 前記１つ又は複数の発光体が発光体のアレイを含み、前記第一の光変換層及び前記第二の光変換層が前記アレイの各発光体上に均一に分布している請求項１３に記載の発光装置。
  22. ３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の第１の波長と、光が照射される表面上に存在する微生物の不活化を起こすのに十分な照度とを有する第１の光を、１つ又は複数の発光体により発光すること、
    前記第１の光の第１の部分を、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光に、前記第１の光の直通路中にあるように配置された第一の光変換層により変換すること、
    前記第１の光の第２の部分を、前記第１の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光に、前記第１の光の直通路中にあるように配置された第二の光変換層により変換すること、及び
    前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光に基づいて、白色であり且つ色調指数（ＣＲＩ）が７０以上である合成光を出力すること、
    を含む、光照射対象の表面上に存在する微生物を不活化する方法。
  23. 前記合成光における、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲内で観測されるスペクトルエネルギーの割合が、２０％より大きい、請求項２２に記載の方法。
  24. 前記合成光の相関色温度（ＣＣＴ）が２，５００Ｋ〜５，０００Ｋである請求項２２に記載の方法。
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